第 11 章: 不変データとパイプライン処理¶

11.1 はじめに¶

前章ではデリゲートと LINQ を使った高階関数を学びました。この章では LINQ チェーン によるパイプライン処理と 不変データ の考え方を深めます。

11.2 C# の不変性¶

C# では readonly キーワードと読み取り専用プロパティで不変性を実現します。

// 読み取り専用フィールド
private readonly List<FizzBuzzValue> _values;

// 読み取り専用プロパティ（get のみ）
public int Number { get; }
public string Value { get; }

FizzBuzzValue はコンストラクタで値を設定した後は変更できません。Rust がデフォルトで不変（let）であるのに対し、C# では明示的に readonly や get のみのプロパティで不変性を宣言します。

イミュータブルな Add 操作¶

FizzBuzzList の Add メソッドは、元のリストを変更せず新しいリストを返します。

public FizzBuzzList Add(FizzBuzzValue value)
{
    var newValues = new List<FizzBuzzValue>(_values) { value };
    return new FizzBuzzList(newValues);
}

[Fact]
public void 値を追加できる()
{
    var list = new FizzBuzzList();
    var newList = list.Add(new FizzBuzzValue(1, "1"));
    Assert.Equal(1, newList.Count);
    Assert.Equal(0, list.Count); // 元のリストは変更されない
}

11.3 LINQ チェーン（パイプライン）¶

C# の LINQ はメソッドチェーンで連結でき、パイプライン処理を実現します。

// パイプライン: Where → Select → ToList
var fizzNumbers = list.Values
    .Where(v => v.Value == "Fizz")
    .Select(v => v.Number)
    .ToList();

Aggregate（集約）¶

Rust の .fold() に相当する Aggregate で値を集約します。

// 全 FizzBuzz 値を改行区切りで連結
var joined = list.Values
    .Select(v => v.Value)
    .Aggregate((acc, v) => $"{acc}\n{v}");

Take（先頭 N 件）¶

var firstFive = list.Values
    .Take(5)
    .Select(v => v.Value)
    .ToList();

GroupBy（グループ化）¶

Rust では HashMap を手動で構築する必要がありますが、C# では GroupBy が標準で提供されています。

public Dictionary<string, int> CountByValue()
{
    return _values
        .GroupBy(v => v.Value)
        .ToDictionary(g => g.Key, g => g.Count());
}

11.4 ImmutableList の活用¶

System.Collections.Immutable パッケージを使うと、よりイミュータブルなコレクションを利用できます。

$ dotnet add package System.Collections.Immutable

using System.Collections.Immutable;

// ImmutableList の使用例
var immutableList = ImmutableList<FizzBuzzValue>.Empty;
var newList = immutableList.Add(new FizzBuzzValue(1, "1"));

// 元のリストは空のまま
Assert.Equal(0, immutableList.Count);
Assert.Equal(1, newList.Count);

ImmutableList は Add で常に新しいリストを返し、元のリストは変更されません。内部的にはバランス木を使って効率的に実装されています。

11.5 FizzBuzzList のパイプライン操作¶

public class FizzBuzzList
{
    // ...既存のコード

    public FizzBuzzList AddRange(IEnumerable<FizzBuzzValue> values)
    {
        var newValues = new List<FizzBuzzValue>(_values);
        newValues.AddRange(values);
        return new FizzBuzzList(newValues);
    }

    public override string ToString()
    {
        return string.Join(", ", _values.Select(v => v.ToString()));
    }

    public bool Equals(FizzBuzzList? other)
    {
        if (other is null) return false;
        if (ReferenceEquals(this, other)) return true;
        return _values.SequenceEqual(other._values);
    }

    public override bool Equals(object? obj) => Equals(obj as FizzBuzzList);

    public override int GetHashCode()
    {
        var hash = new HashCode();
        foreach (var value in _values)
            hash.Add(value);
        return hash.ToHashCode();
    }
}

テストの作成¶

[Fact]
public void AddRangeで複数の値を追加できる()
{
    var list = new FizzBuzzList();
    var newList = list.AddRange(new List<FizzBuzzValue>
    {
        new FizzBuzzValue(1, "1"),
        new FizzBuzzValue(2, "2")
    });
    Assert.Equal(2, newList.Count);
}

[Fact]
public void 同じ内容のリストは等しい()
{
    var list1 = new FizzBuzzList(new List<FizzBuzzValue>
    {
        new FizzBuzzValue(1, "1"),
        new FizzBuzzValue(3, "Fizz")
    });
    var list2 = new FizzBuzzList(new List<FizzBuzzValue>
    {
        new FizzBuzzValue(1, "1"),
        new FizzBuzzValue(3, "Fizz")
    });
    Assert.Equal(list1, list2);
}

11.6 まとめ¶

概念	C#	Rust	Java
不変フィールド	`readonly` / get のみプロパティ	`let`（デフォルト不変）	`final`
パイプライン	`.Where().Select().ToList()`	`.iter().filter().map().collect()`	`.stream().filter().map().collect()`
集約	`.Aggregate(f)`	`.fold(init, f)`	`.reduce(f)`
イミュータブルコレクション	`ImmutableList<T>`	`Vec<T>`（所有権で制御）	`List.of()`
グループ化	`.GroupBy(f).ToDictionary()`	`HashMap` 手動構築	`.collect(groupingBy())`

次章では、Nullable 参照型とパターンマッチングを使ったエラーハンドリングと型安全性を学びます。