第 12 章: エラーハンドリングと型安全性¶

12.1 はじめに¶

前章では LINQ チェーンによるパイプライン処理を学びました。この最終章では、C# の 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。

12.2 Nullable 参照型¶

C# 8.0 以降では、Nullable 参照型を有効にすることで null 安全性をコンパイル時にチェックできます。

<PropertyGroup>
  <Nullable>enable</Nullable>
</PropertyGroup>

null 許容型と非 null 型¶

string name = "hello";    // 非 null 型（null を代入するとコンパイラ警告）
string? nullable = null;  // null 許容型（null を許容）

FizzBuzzList での活用¶

FindFirst メソッドは一致する要素が見つからない場合に null を返します。

public FizzBuzzValue? FindFirst(Func<FizzBuzzValue, bool> predicate)
{
    return _values.FirstOrDefault(predicate);
}

戻り値の型 FizzBuzzValue? は「null の可能性がある」ことを明示します。Rust の Option<T> に相当する C# の表現方法です。

テストの作成¶

[Fact]
public void 最初の一致する値を取得できる()
{
    var list = new FizzBuzzList(new List<FizzBuzzValue>
    {
        new FizzBuzzValue(1, "1"),
        new FizzBuzzValue(3, "Fizz"),
        new FizzBuzzValue(6, "Fizz")
    });
    var found = list.FindFirst(v => v.Value == "Fizz");
    Assert.NotNull(found);
    Assert.Equal(3, found.Number);
}

[Fact]
public void 一致する値がない場合はnullを返す()
{
    var list = new FizzBuzzList(new List<FizzBuzzValue>
    {
        new FizzBuzzValue(1, "1"),
        new FizzBuzzValue(2, "2")
    });
    var found = list.FindFirst(v => v.Value == "Fizz");
    Assert.Null(found);
}

12.3 パターンマッチング¶

C# のパターンマッチングは switch 式で豊富なパターンを記述できます。

switch 式¶

FizzBuzzTypeFactory は switch 式を使って型安全なファクトリを実現しています。

public static IFizzBuzzType Create(int type)
{
    return type switch
    {
        1 => new FizzBuzzType01(),
        2 => new FizzBuzzType02(),
        3 => new FizzBuzzType03(),
        _ => throw new ArgumentException($"Invalid FizzBuzz type: {type}")
    };
}

C# の switch 式は Rust の match 式に近く、値を返す式として使えます。_ はデフォルトケース（Rust のワイルドカードに相当）です。

型パターン¶

is キーワードと型パターンで、オブジェクトの型をチェックしながらキャストできます。

public bool Equals(object? obj)
{
    if (obj is FizzBuzzValue other)
    {
        return Number == other.Number && Value == other.Value;
    }
    return false;
}

obj is FizzBuzzValue other は「obj が FizzBuzzValue 型であれば other に代入する」というパターンマッチングです。Rust の if let Some(value) = option に近い表現です。

null チェックパターン¶

public bool Equals(FizzBuzzValue? other)
{
    if (other is null) return false;        // null パターン
    if (ReferenceEquals(this, other)) return true;
    return Number == other.Number && Value == other.Value;
}

FizzBuzzTypeName enum と switch 式¶

public enum FizzBuzzTypeName
{
    Standard = 1,
    NumberOnly = 2,
    FizzBuzzOnly = 3
}

public static IFizzBuzzType Create(FizzBuzzTypeName name)
{
    return Create((int)name);
}

enum を使うことで、タイプ番号をハードコーディングせずに型安全に指定できます。

テストの作成¶

public class FizzBuzzTypeFactoryTest
{
    [Fact]
    public void タイプ1を生成できる()
    {
        var type = FizzBuzzTypeFactory.Create(1);
        Assert.IsType<FizzBuzzType01>(type);
    }

    [Fact]
    public void 不正なタイプは例外を投げる()
    {
        Assert.Throws<ArgumentException>(
            () => FizzBuzzTypeFactory.Create(0));
    }

    [Fact]
    public void Enumで生成できる()
    {
        var type = FizzBuzzTypeFactory.Create(FizzBuzzTypeName.Standard);
        Assert.IsType<FizzBuzzType01>(type);
    }
}

12.4 例外ハンドリング¶

C# では try-catch と例外型の階層で例外を処理します。Rust の Result<T, E> とは異なるアプローチです。

try
{
    var type = FizzBuzzTypeFactory.Create(0);
}
catch (ArgumentException ex)
{
    Console.WriteLine($"エラー: {ex.Message}");
}

Rust との比較¶

概念	C#	Rust
エラーの表現	例外（`Exception`）	`Result<T, E>`
エラーの伝播	`throw` / `try-catch`	`?` 演算子
null の表現	`T?`（Nullable 参照型）	`Option<T>`
null チェック	`is null` パターン	`match` / `if let`

C# は例外ベースのエラーハンドリングですが、Nullable 参照型とパターンマッチングにより、null に起因するバグをコンパイル時に検出できるようになっています。

12.5 他言語との比較¶

概念	C#	Rust	Java	TypeScript
エラーハンドリング	`try-catch`	`Result<T, E>`	`try-catch`	`try-catch`
null 安全	`T?` (Nullable)	`Option<T>`	`Optional<T>`	`T \\| null`
列挙型	`enum`（整数ベース）	`enum`（代数的データ型）	`enum`（クラスベース）	`enum`（数値/文字列）
パターンマッチ	`switch` 式 + 型パターン	`match`（網羅性チェック）	`switch` + `instanceof`	—
エラー伝播	`throw`	`?` 演算子	`throws`	`throw`

12.6 まとめ¶

この章では以下を学びました。

概念	C# の実現方法
null 安全	Nullable 参照型 (`T?`) + `<Nullable>enable</Nullable>`
パターンマッチ	`switch` 式 + 型パターン + null パターン
型安全なファクトリ	`enum` + `switch` 式
例外ハンドリング	`ArgumentException` + `try-catch`

全 12 章を通じて、C# の TDD 基本サイクル、開発環境の自動化、オブジェクト指向的な設計、関数型プログラミングの活用を一通り学びました。C# の強力な型システム、interface / abstract class、LINQ、Nullable 参照型、パターンマッチングは、安全で堅牢なソフトウェアを構築するための強力な基盤です。