C#文法：コレクション：B01_配列とは

ここからは配列について扱っていきます。本章では、配列がどのようなものなのか、そしてC#で「int[]」と書いたときに内部ではどのような型が生まれているのかを、1枚のスライドを使って整理します。具体的な宣言の仕方や使い方は次章以降で解説するので、ここでは配列の「正体」をつかむことを目標にします。

図1　タイトル画面「配列」

配列とは何か

配列とは、複数の値を1つの名前（変数名）でまとめて管理するデータ構造です。英語ではarray（アレイ）と呼びます。

図2　配列は複数の値を1つの名前でまとめて管理するデータ構造

たとえば3人分の点数を扱う場合、配列を使わなければscore1、score2、score3のように変数を3つ用意する必要があります。配列を使えば、scoresという1つの名前で3つの値をまとめて扱え、何番目の値かはインデックス（添字）で指定します。インデックスは0から始まる点に注意してください。

リスト1　変数を個別に用意する場合と配列を使う場合

// 配列を使わない場合：値の数だけ変数が必要
int score1 = 80;
int score2 = 65;
int score3 = 92;
 
// 配列を使う場合：1つの名前でまとめて管理できる
int[] scores = new int[3];
scores[0] = 80;   // インデックスは0から始まる
scores[1] = 65;
scores[2] = 92;

C#では「型＋[]」で配列になる

C#では、型の後ろに角括弧[]を付けて宣言すると、それが配列としての宣言になります。intであれば「int[]」、stringであれば「string[]」と書くだけです。

図3　C#では型＋[]と記載すると配列になる

リスト2　型の後ろに[]を付けて配列を宣言する

int[] numbers;      // intの配列
string[] names;     // stringの配列
TextBox[] boxes;    // クラス（TextBox）の配列も同じ書き方

CLR（ランタイム）が特殊な配列型を生成する

「int[]」と宣言すると、内部的にはCLR（ランタイム）が管理する特殊な配列型がint用として生成されます。私たちが「int[]」というクラスを自分で定義しているわけではなく、ランタイムが実行時に自動で用意してくれる型だということです。

図4　int[]と宣言するとCLRが管理する特殊な配列型がint用として生成される

そして、この特殊な配列型は、Arrayクラスの派生型として生成されます。

図5　特殊な配列型はArrayクラスの派生型として生成される

スライドの図で、この関係を確認しておきましょう。上にあるのがArrayクラスで、これは抽象クラスです。その下にあるのがint[]で、正式名はSystem.Int32[]です。int[]はArrayクラスのサブクラス（派生型）という位置づけで、CLRが実行時に自動生成します。

図6　Array（抽象クラス）とint[]の関係図

図7　int[]の正式名はSystem.Int32[]。CLRが実行時に自動生成する型

この関係は、実際にコードで確かめることができます。GetType()で配列の型を調べると正式名のSystem.Int32[]が得られ、さらにその基底クラス（BaseType）を調べるとSystem.Arrayになっています。

リスト3　int[]の正体を確認する

int[] numbers = new int[3];
 
Type t = numbers.GetType();
var result1 = t.FullName;           // "System.Int32[]"
var result2 = t.BaseType?.FullName; // "System.Array"
var result3 = numbers is Array;     // true
var result4 = typeof(Array).IsAbstract; // true（Arrayは抽象クラス）

なお、Arrayクラスから派生できるのはランタイムとコンパイラだけです。開発者が自分でArrayクラスを継承したクラスを書くことはできず、配列を使いたいときは必ず言語が提供する「型＋[]」の構文を使います。

リスト4　Arrayクラスを自分で継承することはできない

// コンパイルエラー CS0644
// 'MyArray' は特殊クラス 'Array' から派生できません
class MyArray : Array
{
}

Arrayクラスは配列操作に必要な機能を持っている

実際にコードを書くときは「int[]」と書くだけなので、Arrayクラスを特に意識する必要はありません。ただし、Arrayクラスには配列を操作するための機能が用意されています。

図8　Arrayクラスは配列操作に必要な機能を持っている

図の中のArrayクラスには、Length、IndexOf、Copyなどが記載されています。int[]はArrayクラスの派生型なので、これらの機能をそのまま使うことができます。

図9　ArrayクラスにはLength、IndexOf、Copyなどの機能がある

Lengthのようにインスタンスから直接使えるプロパティもあれば、IndexOfやCopyのように「Array.IndexOf(…)」「Array.Copy(…)」とArrayクラスの静的メソッドとして呼び出すものもあります。後者を使うときは、Arrayクラスの存在を意識しなければなりません。

リスト5　Arrayクラスの機能を使う例

int[] numbers = { 30, 10, 20 };
 
var result1 = numbers.Length;              // 3（要素数）
var result2 = Array.IndexOf(numbers, 20);  // 2（20が見つかった位置）
 
int[] copy = new int[3];
Array.Copy(numbers, copy, numbers.Length); // numbersの中身をcopyへコピー
 
Array.Sort(numbers);                       // { 10, 20, 30 } に並べ替え

これらの機能の詳しい使い方は、後続の「Arrayクラスの機能」や「Array.Copy」の章で扱います。

まとめ

図10　「配列とは」スライド全体

本章の内容を整理すると次のとおりです。配列は複数の値を1つの名前でまとめて管理するデータ構造で、C#では型の後ろに[]を付けて宣言します。「int[]」と書くと、CLRが実行時にint用の特殊な配列型（System.Int32[]）を生成し、その型は抽象クラスであるArrayクラスの派生型になります。そのため、配列ではArrayクラスが持つLength、IndexOf、Copyなどの機能を使えます。

基本的には「型の後ろに角括弧を付けて宣言したら配列になる」と覚えておけば十分です。次章からは、配列の宣言の仕方や使い方を具体的なコードで見ていきます。