【C#】超簡単なコレクション解説～配列、List、Dictionaryなどの使い方～

C#におけるコレクションは、プログラム実行中に変動するデータを効率的に管理・操作するための基盤です。シンプルな配列（Array）から、動的にサイズ変更が可能なList、キーと値の関連付けを行うDictionaryに至るまで、用途に応じた多様なコレクションが用意されています。さらに、Stack、Queue、HashSetなどの特化型コレクションも存在し、適材適所で使い分けることで、アルゴリズムの最適化やコードの可読性向上に大いに役立ちます。本記事では、これら各コレクションの特徴や実装例、パフォーマンス上のポイントを具体例を交えながら詳しく解説していきます。

C#のコレクションとは
配列（Array）の特徴と使い方
Listによる柔軟なデータ管理
Dictionaryによる高速なキー検索
その他の便利なコレクション
LINQを活用したコレクション操作
コレクション選択のポイントと実践的な利用法
まとめ

[スポンサーリンク]

C#のコレクションとは

C#のコレクションは、複数の要素をひとまとめに保持し、必要に応じて操作するためのデータ構造です。基本的には「配列」（Array）という固定長のデータ構造が原点にありますが、現代のアプリケーションでは、データの増減が頻繁に発生するため、動的にサイズが変化できるListや、高速なキーアクセスが可能なDictionaryが広く利用されています。これらは、メモリ管理の方法や内部構造（配列やハッシュテーブルなど）が異なるため、用途に合わせた最適な選択が求められます。

配列（Array）の特徴と使い方

配列は、同一の型のオブジェクトを連続したメモリ領域に格納する最も基本的なコレクションです。宣言時にサイズを定めるため、作成後のサイズ変更はできませんが、メモリ上が連続している分、インデックスを用いた要素アクセスの高速性が魅力です。以下は、整数型配列の宣言と初期化の例です。

// 要素数5の整数型配列を生成
int[] nums = new int[5];
nums[0] = 10;
nums[1] = 20;
nums[2] = 30;
nums[3] = 40;
nums[4] = 50;

このように、配列はサイズが固定であるため、事前にデータ数が決定している場合や、再配置や拡張の必要がない高速な数値計算のシーンで有効です。一方、要素数が動的に変化するアプリケーションでは、サイズ再設定の手間が発生するため、より柔軟なコレクションが求められます。

Listによる柔軟なデータ管理

List<T>は、内部に配列を持ちながらも、自動的に容量を拡張するため、動的なデータ格納に非常に有用です。実行時に要素を追加・削除でき、かつLINQとの連携で強力な検索や変換が可能になるため、ユーザー入力や逐次データの処理に最適です。以下は、Listを用いた基本的な操作の例です。

using System.Collections.Generic;

List<int> listNums = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5 };
listNums.Add(6);          // 要素の末尾に追加
listNums.Insert(0, 0);    // 指定した位置に要素を挿入
listNums.Remove(3);       // 指定した値を削除

foreach (int num in listNums)
{
    Console.WriteLine(num);
    // 0 1 2 4 5 6
}

Listは、サイズが自動的に調整されるため、利用シーンによっては配列よりも柔軟性を発揮します。ただし、内部で配列の再確保（リサイズ）が行われると一時的なオーバーヘッドが発生するため、数万件以上の要素を頻繁に追加・削除する場合はその点に留意する必要があります。

Dictionaryによる高速なキー検索

Dictionary<TKey, TValue>は、キーと値のペアを効率的に管理するコレクションです。内部ではハッシュテーブルを使用しているため、特定のキーに関連付けられた値を高速に検索することができます。ユーザーデータやキャッシュ、設定情報など、キーで一意にデータを管理する必要があるシーンで活躍します。以下は、Dictionaryの基本的な使用例です。

using System.Collections.Generic;

Dictionary<string, int> personAges = new Dictionary<string, int>();
personAges.Add("Alice", 28);
personAges.Add("Bob", 35);
personAges["Charlie"] = 30;  // 既存キーの場合は更新、存在しなければ追加

if (personAges.TryGetValue("Alice", out int age))
{
    Console.WriteLine("Aliceの年齢: " + age);
    // Aliceの年齢: 28
}

なお、Dictionaryではキーが重複できないため、個々のキーは一意である必要があります。また、カスタムクラスをキーとして扱う場合は、EqualsメソッドやGetHashCodeメソッドを適切に実装する必要があり、これにより期待通りの動作が保証されます。

その他の便利なコレクション

C#には、用途に特化したコレクションもいくつか用意されています。たとえば、次のようなコレクションが挙げられます。

Stack<T>

後入れ先出し（LIFO）のデータ構造です。再帰的な処理や直近のデータを優先的に扱う場合に適しています。

Stack<string> stack = new Stack<string>();
stack.Push("最初の要素");
stack.Push("次の要素");
string top = stack.Pop();  // 最後に追加した要素が取得される
// 次の要素

Queue<T>

先入れ先出し（FIFO）のデータ構造です。イベント処理やタスクの順次実行など、最初に格納された要素を優先的に扱うシーンで活躍します。

Queue<string> queue = new Queue<string>();
queue.Enqueue("最初の要素");
queue.Enqueue("次の要素");
string first = queue.Dequeue();  // 先に追加された要素が取得される
// 最初の要素

HashSet<T>

重複しない一意の要素を格納するコレクションで、大量のデータから重複排除を行う際に有用です。要素の存在確認が高速で、集合演算にも向いています。

HashSet<int> uniqueNumbers = new HashSet<int>();
uniqueNumbers.Add(1);
uniqueNumbers.Add(2);
uniqueNumbers.Add(1);  // 重複するため追加されない

これらのコレクションは、目的に合わせて適切に使い分けることで、コードの効率性や可読性を向上させ、バグの発生リスクも低減できます。

LINQを活用したコレクション操作

C#では、LINQ（Language Integrated Query）を利用することで、配列（Array）やList、Dictionaryなどのコレクションに対してフィルタリング、並び替え、集約などの操作を簡潔に記述できます。LINQは、SQLに似た文法でデータの抽出や変換を行えるため、複雑な条件処理も直感的に記述できるのが魅力です。以下は、その一例です。

using System.Linq;

// 配列から、奇数のみを抽出して昇順に並べ替える例
int[] sampleArray = { 5, 2, 8, 1, 9 };
var oddSorted = sampleArray.Where(n => n % 2 == 1).OrderBy(n => n);

foreach (int n in oddSorted)
{
    Console.WriteLine(n);
    // 1 5 9
}

このように、LINQを使用することで、従来のループ処理や条件分岐をシンプルなクエリに置き換えることができ、コードの保守性が大幅に向上します。LINQは、あらゆるコレクションに対して適用できるため、日常的なデータ処理はもちろん、複雑な集約処理にも柔軟に対応可能です。

コレクション選択のポイントと実践的な利用法

各コレクションは、その内部構造や設計思想が異なるため、利用シーンに応じた選択が非常に重要です。一例としては以下の通りです。

配列（Array）
サイズが固定で済む場合や、メモリ上の連続性によるキャッシュ効果を活かしたいときに最適です。数値計算や画像処理など、パフォーマンスが要求される処理でよく用いられます。
List<T>
要素の追加・削除が動的に発生する状況に適しています。ユーザー入力の管理や、結果セットの逐次的な構築に役立ちます。
Dictionary<TKey, TValue>
キーによる高速アクセスが求められるシーンで威力を発揮します。設定データ、キャッシュ、ユーザー情報の管理など、キー一意性が保証されるデータの取り扱いに重宝します。
Stack<T>、Queue<T>
アルゴリズムの性質に応じたLIFO/FIFOの挙動が必要な場合に利用し、処理の順番に柔軟性をもたらします。
HashSet<T>
重複のないデータ構造が必要な場合や、存在確認の高速化を図りたい時に適しています。

これらを理解し、実際のシナリオに合わせたコレクションを選択することが、効率的かつ保守性の高いプログラムを実現するための第一歩となります。実務では、コレクション同士を組み合わせるケースも多く、たとえばDictionary内にListを保持することで、複雑なデータ構造を直感的に構築することも可能です。

まとめ

C#のコレクションは、単にデータを格納する容器ではなく、アプリケーション全体のパフォーマンスや設計の基盤を支える重要な要素です。配列、List、Dictionaryを中心とした基本的なコレクションから、Stack・Queue・HashSetといった特化型コレクション、さらにLINQによる操作によって、開発者は多様なシーンに最適なデータ構造を柔軟に活用できるようになります。

適切なコレクションを選び、使いこなすことで、コードの効率性、可読性、そして保守性が大幅に向上します。これから新しいプロジェクトに取り組む際や、既存のコードをリファクタリングする際にも、自身の用途に合ったコレクションを選択することが、生産性向上につながるはずです。日々の開発を通じて、最新の情報や新たな工夫も取り入れながら、最適なデータ管理手法を磨いていきましょう！