C# List入門: 基本操作から高度な使い方まで

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2024年8月27日2024年8月28日

こんにちは！今回は、C#プログラミングで非常に重要かつ頻繁に使用されるデータ構造である「List」について詳しく解説します。Listは配列と似ていますが、より柔軟で強力な機能を持っています。この記事を通じて、Listの基本から応用まで、実践的な例を交えて学んでいきましょう。

自己紹介

私は新卒でFAシステムの開発会社に入社した２年目エンジニアです。（2024年時点）

私はC#とVBを学習中なのでブログを見返す用のメモ代わりに活用しています。私の知識を共有し、皆様の学習のサポートとなれば幸いです。

1. Listとは？

Listは、C#のSystem.Collections.Generic名前空間に含まれるジェネリッククラスで、同じデータ型の要素を動的に格納できるコレクションです。配列と異なり、サイズを動的に変更でき、要素の追加や削除が容易です。

2. Listの宣言と初期化

Listを使用するには、まず宣言と初期化を行う必要があります。いくつかの方法を見てみましょう。

using System;
using System.Collections.Generic;

class Program
{
    static void Main()
    {
        // 空のListの宣言
        List<int> numbers = new List<int>();

        // 初期容量を指定してListを宣言
        List<string> names = new List<string>(10);

        // 宣言と同時に初期化
        List<double> prices = new List<double> { 10.5, 20.3, 30.2 };

        // 別のコレクションから初期化
        int[] arrayNumbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
        List<int> listFromArray = new List<int>(arrayNumbers);

        // C# 9.0以降での新しい初期化構文
        List<char> chars = new() { 'a', 'b', 'c' };
    }
}

3. 要素の追加と削除

Listの大きな利点は、要素の追加と削除が簡単なことです。

List<string> fruits = new List<string>();

// 要素の追加
fruits.Add("りんご");
fruits.Add("バナナ");
fruits.AddRange(new[] { "オレンジ", "ぶどう" });

Console.WriteLine(string.Join(", ", fruits)); // 出力: りんご, バナナ, オレンジ, ぶどう

// 特定の位置に要素を挿入
fruits.Insert(1, "メロン");
Console.WriteLine(string.Join(", ", fruits)); // 出力: りんご, メロン, バナナ, オレンジ, ぶどう

// 要素の削除
fruits.Remove("バナナ");
fruits.RemoveAt(0); // インデックス0の要素を削除

Console.WriteLine(string.Join(", ", fruits)); // 出力: メロン, オレンジ, ぶどう

// 条件に合う要素をすべて削除
fruits.RemoveAll(f => f.Length > 3);
Console.WriteLine(string.Join(", ", fruits)); // 出力: メロン

4. 要素へのアクセスと変更

Listの要素へのアクセスと変更は、配列と同様にインデックスを使用します。

List<int> numbers = new List<int> { 10, 20, 30, 40, 50 };

// 要素へのアクセス
Console.WriteLine(numbers[2]); // 出力: 30

// 要素の変更
numbers[1] = 25;
Console.WriteLine(string.Join(", ", numbers)); // 出力: 10, 25, 30, 40, 50

// インデックスが範囲外の場合は例外が発生
try
{
    Console.WriteLine(numbers[10]); // IndexOutOfRangeException
}
catch (ArgumentOutOfRangeException e)
{
    Console.WriteLine("インデックスが範囲外です: " + e.Message);
}

5. Listのループ処理

Listの全要素に対して処理を行う場合、いくつかの方法があります。

List<string> colors = new List<string> { "赤", "青", "緑", "黄" };

// for ループ
for (int i = 0; i < colors.Count; i++)
{
    Console.WriteLine($"Color {i + 1}: {colors[i]}");
}

// foreach ループ
foreach (string color in colors)
{
    Console.WriteLine($"Color: {color}");
}

// Listのメソッドを使用
colors.ForEach(color => Console.WriteLine($"Color: {color}"));

6. Listのソートと検索

Listには、ソートや検索のための便利なメソッドが用意されています。

List<int> numbers = new List<int> { 3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3 };

// ソート
numbers.Sort();
Console.WriteLine(string.Join(", ", numbers)); // 出力: 1, 1, 2, 3, 3, 4, 5, 5, 6, 9

// 逆順ソート
numbers.Reverse();
Console.WriteLine(string.Join(", ", numbers)); // 出力: 9, 6, 5, 5, 4, 3, 3, 2, 1, 1

// 要素の検索
int index = numbers.IndexOf(5);
Console.WriteLine($"最初の5のインデックス: {index}"); // 出力: 2

// 条件に合う要素の検索
int firstGreaterThanFive = numbers.Find(n => n > 5);
Console.WriteLine($"5より大きい最初の数: {firstGreaterThanFive}"); // 出力: 9

// 条件に合うすべての要素を取得
List<int> allGreaterThanFive = numbers.FindAll(n => n > 5);
Console.WriteLine($"5より大きいすべての数: {string.Join(", ", allGreaterThanFive)}"); // 出力: 9, 6

7. Listの便利なメソッド

Listクラスには、多くの便利なメソッドが用意されています。

List<string> fruits = new List<string> { "りんご", "バナナ", "オレンジ", "ぶどう" };

// 要素数の取得
Console.WriteLine($"要素数: {fruits.Count}"); // 出力: 4

// リストのクリア
fruits.Clear();
Console.WriteLine($"クリア後の要素数: {fruits.Count}"); // 出力: 0

// 要素の存在確認
fruits.AddRange(new[] { "メロン", "いちご", "キウイ" });
bool hasBanana = fruits.Contains("バナナ");
Console.WriteLine($"バナナは含まれていますか？: {hasBanana}"); // 出力: False

// リストのコピー
List<string> fruitsCopy = new List<string>(fruits);
Console.WriteLine($"コピーされたリスト: {string.Join(", ", fruitsCopy)}");

// 特定の要素のインデックスを取得
int strawberryIndex = fruits.IndexOf("いちご");
Console.WriteLine($"いちごのインデックス: {strawberryIndex}"); // 出力: 1

8. Listと配列の変換

ListとArrayは相互に変換が可能です。

// Listから配列への変換
List<int> numberList = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
int[] numberArray = numberList.ToArray();

// 配列からListへの変換
string[] colorArray = { "赤", "青", "緑" };
List<string> colorList = new List<string>(colorArray);

// または
List<string> anotherColorList = colorArray.ToList();

9. LINQを使ったList操作

LINQ (Language Integrated Query) を使用すると、Listに対して強力なクエリや変換操作を行うことができます。

List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };

// 偶数のみを取得
var evenNumbers = numbers.Where(n => n % 2 == 0);
Console.WriteLine($"偶数: {string.Join(", ", evenNumbers)}"); // 出力: 2, 4, 6, 8, 10

// 各要素を2倍にする
var doubledNumbers = numbers.Select(n => n * 2);
Console.WriteLine($"2倍にした数: {string.Join(", ", doubledNumbers)}"); // 出力: 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20

// 5より大きい最初の奇数を取得
var firstOddGreaterThanFive = numbers.FirstOrDefault(n => n > 5 && n % 2 != 0);
Console.WriteLine($"5より大きい最初の奇数: {firstOddGreaterThanFive}"); // 出力: 7

// 合計を計算
var sum = numbers.Sum();
Console.WriteLine($"合計: {sum}"); // 出力: 55

// 平均を計算
var average = numbers.Average();
Console.WriteLine($"平均: {average}"); // 出力: 5.5

10. ジェネリックListの利点

ジェネリックListを使用することで、型安全性が確保され、パフォーマンスも向上します。

// 正しい使用方法（ジェネリック）
List<int> intList = new List<int>();
intList.Add(10);
// intList.Add("文字列"); // コンパイルエラー

// 非ジェネリックのリスト（推奨されません）
ArrayList arrayList = new ArrayList();
arrayList.Add(10);
arrayList.Add("文字列"); // 型安全性がない

// ジェネリックListの方が高速
List<int> fastList = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
int sum = 0;
for (int i = 0; i < fastList.Count; i++)
{
    sum += fastList[i]; // ボックス化/アンボックス化が不要
}

11. Listのパフォーマンスに関する注意点

Listは非常に便利ですが、大量のデータを扱う際にはパフォーマンスに注意が必要です。

List<int> numbers = new List<int>();

// 非効率的な使用方法
for (int i = 0; i < 1000000; i++)
{
    numbers.Add(i);
    // 毎回キャパシティを増やす可能性があり、非効率
}

// より効率的な方法
List<int> efficientNumbers = new List<int>(1000000); // 初期キャパシティを設定
for (int i = 0; i < 1000000; i++)
{
    efficientNumbers.Add(i);
}

// または
List<int> anotherEfficientList = Enumerable.Range(0, 1000000).ToList();

12. 実践的な使用例

Listの実践的な使用例として、簡単な住所録アプリケーションを作成してみましょう。

class Contact
{
    public string Name { get; set; }
    public string PhoneNumber { get; set; }

    public override string ToString()
    {
        return $"{Name}: {PhoneNumber}";
    }
}

class AddressBook
{
    private List<Contact> contacts = new List<Contact>();

    public void AddContact(string name, string phoneNumber)
    {
        contacts.Add(new Contact { Name = name, PhoneNumber = phoneNumber });
    }

    public void RemoveContact(string name)
    {
        contacts.RemoveAll(c => c.Name.Equals(name, StringComparison.OrdinalIgnoreCase));
    }

    public Contact FindContact(string name)
    {
        return contacts.Find(c => c.Name.Equals(name, StringComparison.OrdinalIgnoreCase));
    }

    public void PrintAllContacts()
    {
        contacts.ForEach(Console.WriteLine);
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        AddressBook addressBook = new AddressBook();

        addressBook.AddContact("山田太郎", "090-1234-5678");
        addressBook.AddContact("佐藤花子", "080-8765-4321");
        addressBook.AddContact("鈴木一郎", "070-2468-1357");

        Console.WriteLine("全ての連絡先:");
        addressBook.PrintAllContacts();

        Console.WriteLine("\n佐藤花子の連絡先を検索:");
        Contact foundContact = addressBook.FindContact("佐藤花子");
        Console.WriteLine(foundContact);

        Console.WriteLine("\n山田太郎の連絡先を削除:");
        addressBook.RemoveContact("山田太郎");
        addressBook.PrintAllContacts();
    }
}

まとめ

この記事では、C#のListについて、基本的な操作から高度な使い方まで幅広く解説しました。Listは非常に柔軟で強力なデータ構造であり、多くの場面で活用できます。要素の追加、削除、アクセス、ループ処理、ソート、検索など、様々な操作を簡単に行うことができます。また、LINQと組み合わせることで、より複雑なデータ操作も可能になります。

Listを使いこなすことで、より効率的で読みやすいコードを書くことができるようになります。ただし、大量のデータを扱う際にはパフォーマンスに注意が必要です。適切な初期容量の設定や、必要に応じて他のデータ構造（例：Dictionary、HashSet）の使用を検討することが重要です。

実践的な例として紹介した住所録アプリケーションは、Listの基本的な操作を組み合わせることで、どのように実用的なプログラムを作成できるかを示しています。このような例を参考に、自分のプロジェクトでListを活用してみてください。

最後に、C#でのプログラミングにおいて、Listは非常に重要な要素です。この記事で学んだ内容を基に、さらに理解を深め、様々な場面でListを効果的に活用していってください。プログラミングの練習を重ね、より複雑なアプリケーションの開発にも挑戦してみてください。Listの使い方をマスターすることは、C#プログラマーとしてのスキルを大きく向上させる重要なステップとなるでしょう。