お気楽Ｃ＃プログラミング超入門

C# の基礎知識 (後編)

●イテレータ

インターフェース IEnumerable のメソッド GetEnumerator() を実装すると foreach を使用することができる
GetEnumerator() はインターフェース IEnumerator を継承したクラスのインスタンスを返す
これがいわゆる「イテレータ (iterator)」として動作する
IEnumerator を継承する場合、次に示すプロパティとメソッドを実装する
1. Current イテレータが示す要素を取得する
2. bool MoveNext() イテレータを次の要素へ進める
3. void Reset() イテレータを初期値に戻す
C# は ver 2.0 以降になると、yield return を使ってイテレータを簡単に作ることができる
なお、C# では yield return による機能を「イテレータ」と呼んでいる
GetEnumerator() の中で yiled return 要素; を実行するだけ
イテレータを途中で中断するときは yield break を使う

ジェネリックの場合は IEnumerable<T> を継承する
実装するメソッドは IEnumerator<T> GetEnumerator()
もうひとつ IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() も実装すること
これを実装すると後述する LINQ のメソッドや高階関数を利用できるようになる

リスト : イテレータの簡単な例題 (sample12/Program.cs)

using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;

class Foo : IEnumerable {
  int a, b, c;
  public Foo(int x, int y, int z) {
    a = x;
    b = y;
    c = z;
  }

  public IEnumerator GetEnumerator() {
    yield return a;
    yield return b;
    yield return c;
  }
}

class Bar<T> : IEnumerable<T> {
  T a, b, c;
  public Bar(T x, T y, T z) {
    a = x;
    b = y;
    c = z;
  }

  public IEnumerator<T> GetEnumerator() {
    yield return a;
    yield return b;
    yield return c;
  }

  // public は付けない
  IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() {
    return this.GetEnumerator();
  }
}

class Test {
  static void Main() {
    var a = new Foo(1, 2, 3);
    foreach(int n in a) {
      Console.WriteLine("{0}", n);
    }

    var b = new Bar<int>(10, 20, 30);
    foreach(int n in b) {
      Console.WriteLine("{0}", n);
    }
  }
}

$ dotnet run --project sample12
1
2
3
10
20
30

●インデクサー

インデクサーを使うと角カッコ [ ] で要素にアクセスすることができる

インデクサーの定義はプロパティと似ている

class クラス名 {

  アクセス修飾子 データ型 this[データ型 添字] {
    get { ... }  // getter
    set { ... }  // setter
  }

}

プロパティの名前が this[データ型添字] になるだけ
getter, setter は添字が使える以外プロパティと同じ
角カッコの中は配列と同じくカンマで区切って複数の添字を指定することができる

リスト : インデクサーの簡単な例題

using System;

class Foo {
  int a, b, c;
  public Foo(int x, int y, int z) {
    a = x;
    b = y;
    c = z;
  }

  public int this[int n] {
    set {
      switch(n) {
      case 0: a = value; break;
      case 1: b = value; break;
      default: c = value; break;
      }
    }
    get {
      switch(n) {
      case 0: return a;
      case 1: return b;
      default: return c;
      }
    }
  }
}

class Test {
  static void Main() {
    var a = new Foo(1, 2, 3);
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
      a[i] *= 10;
      Console.WriteLine("{0}", a[i]);
    }
  }
}

$ dotnet run --project sample13
10
20
30

●LINQ

LINQ (Language Integrated Query) は、C# のデータだけではなく、データベースの問い合わせや XML の操作などを統一して行うための仕組み
LINQ には SQL 同様のクエリ式を使う方法と、標準的なメソッドや演算子を使う方法がある
前者の構文は後者のメソッドや演算子にコンパイルされる
LINQ には便利なメソッドや高階関数が多数用意されている
LINQ を使うときは using System.Linq;
マッピングは Select()
フィルターは Where()
畳み込みは Aggregate()
- 第 1 引数に初期値を指定することもできる
OrderBy() は昇順に、OrderByDescending() は逆順にソートする
- 引数はソート対象の要素を指定する関数
先頭からの探索が First(), 末尾からの探索が Last()
ElementAt() は n 番目の要素を返す
Cotains() は要素が含まれていれば真を返す
All() は引数の関数 (述語) を要素に適用し、すべて真ならば真を返す
Any() は引数の関数 (述語) を要素に適用し、ひとつでも真ならば真を返す
GroupBy() はキーを指定して、キーの値が等しいもの集める (グループ化)
その他の主なメソッド
- Take, Skip, TakeWhilte, SkipWhile
- Concat, Reverse
- Distinct, Union, Intersect, Except
- AsEnumerable, ToArray, ToList, ToDictionary
- SequenceEqual
- Range, Repeat, Empty
- Count, Sum, Min, Max, Average

$ dotnet script
> var a = new int[8] {1,2,3,4,5,6,7,8};
> a.Select(n => n * n)
Enumerable.SelectArrayIterator<int, int>(Count = 8)
> a.Select(n => n * n).ToList()
List<int>(8) { 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64 }
> a.Select(n => n * 1.5).ToList()
List<double>(8) { 1.5, 3, 4.5, 6, 7.5, 9, 10.5, 12 }
> a.Where(n => n % 2 == 0).ToList()
List<int>(4) { 2, 4, 6, 8 }
> a.Where(n => n % 2 != 0).ToList()
List<int>(4) { 1, 3, 5, 7 }
> a.Aggregate((sum, n) => sum + n)
36
> a.Aggregate(100, (sum, n) => sum + n)
136

> var b = new int[] {5,6,4,7,3,8,2,9,1,0};
> b.OrderBy(n => n)
OrderedEnumerable<int, int> { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 }
> b.OrderBy(n => n).ToList()
List<int>(10) { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 }
> b.OrderByDescending(n => n).ToList()
List<int>(10) { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 }
> b.First(n => n % 2 == 0)
6
> b.Last(n => n % 2 != 0)
1

> var c = new int[] {2,4,6,8,10};
> c.All(n => n % 2 == 0)
true
> c.Any(n => n % 2 != 0)
false

> var d = new [] { new {name="foo", gr=1}, new {name="bar", gr=2},
* new {name="baz", gr=1}, new {name="oops", gr=2}};
> d
<>f__AnonymousType0#19<string, int>[4] { \{ name = "foo", gr = 1 }, \{ name = "bar", gr = 2 }, 
\{ name = "baz", gr = 1 }, \{ name = "oops", gr = 2 } }
> d.GroupBy(n => n.gr)
GroupedEnumerable<<>f__AnonymousType0#19<string, int>, int> { Key = 1 { Key=1, =\{ name = "foo", gr = 1 }, 
=\{ name = "baz", gr = 1 } }, Key = 2 { Key=2, =\{ name = "bar", gr = 2 }, =\{ name = "oops", gr = 2 } } }
> foreach (var xs in d.GroupBy(n => n.gr)) {
* Console.WriteLine(xs.Key);
* foreach (var item in xs) {
* Console.WriteLine(item.name);
* }
* }
1
foo
baz
2
bar
oops

{ ... } は匿名型で、コンパイラが型名を決める
new [] { new { ... }, ... } で匿名型の配列を生成することができる

●LINQ (クエリ式)

SQL の場合、データの抽出は select 文を使う
- select カラム名 form テーブル名 where 条件式;
C# の場合、クエリ式を使うと次のようになる
- from 変数名 in コレクション where 条件式 select 要素;
昇順にソートする場合は select の前に orderby 要素を指定する
逆順にソートする場合は orderby 要素 descending とする
group 要素 by キーは指定したキーでグループ化する
select と group の後ろにクエリ式を書くことはできない
into でクエリ式を連結することができる
- ... into 変数 ...
- 前のクエリ式の結果が into で指定した変数に格納される

> b
int[10] { 5, 6, 4, 7, 3, 8, 2, 9, 1, 0 }
> from x in b where x % 2 == 0 select x
Enumerable.WhereArrayIterator<int> { 6, 4, 8, 2, 0 }
> from x in b where x % 2 == 0 orderby x select x
OrderedEnumerable<int, int> { 0, 2, 4, 6, 8 }
> var xs = new[] { new {name="foo", score=10}, new {name="bar", score=20},
*  new {name="baz", score=40}, new {name="oops", score=30}};
> from x in xs where x.score > 20 select x.name
Enumerable.WhereSelectArrayIterator<<>f__AnonymousType0#35<string, int>, string> { "baz", "oops" }
> from x in xs where x.score > 20 select x
Enumerable.WhereArrayIterator<<>f__AnonymousType0#35<string, int>> { \{ name = "baz", score = 40 }, 
\{ name = "oops", score = 30 } }

select で複数のフィールドを指定するときは匿名型で指定する
この場合、クエリ式で抽出された複数の値は匿名型に格納されて返される

リスト : クエリ式の簡単な使用例 (sample14/Program.cs)

using System;
using System.Linq;

class Test {
  static void Main() {
    var heightTable = new [] {
      new {id=1,  name="Ada",    height=148.7, rank=1},
      new {id=2,  name="Alice",  height=149.5, rank=2},
      new {id=3,  name="Carey",  height=133.7, rank=3},
      new {id=4,  name="Ellen",  height=157.9, rank=4},
      new {id=5,  name="Hanna",  height=154.2, rank=1},
      new {id=6,  name="Janet",  height=147.8, rank=2},
      new {id=7,  name="Linda",  height=154.6, rank=3},
      new {id=8,  name="Maria",  height=159.1, rank=4},
      new {id=9,  name="Miranda",height=148.2, rank=1},
      new {id=10, name="Sara",   height=153.1, rank=2},
      new {id=11, name="Tracy",  height=138.2, rank=3},
      new {id=12, name="Violet", height=138.7, rank=4},
    };
    var xs = from x in heightTable where x.height < 140
             orderby x.height select new {x.name, x.height};
    foreach(var x in xs) {
      Console.WriteLine("{0}, {1}", x.name, x.height);
    }
    var ys = from x in heightTable where x.height > 150
             orderby x.height descending select new {x.name, x.height};
    foreach(var y in ys) {
      Console.WriteLine("{0}, {1}", y.name, y.height);
    }
    var gs = from x in heightTable
      group new { x.name, x.height } by x.rank;
    foreach(var g in gs) {
      Console.Write("{0}: ", g.Key);  // プロパティ Key でキーの値を取得できる
      foreach(var p in g) {
        Console.Write("({0}, {1}) ", p.name, p.height);
      }
      Console.WriteLine("");
    }
  }
}

$ dotnet run --project sample14
Carey, 133.7
Tracy, 138.2
Violet, 138.7
Maria, 159.1
Ellen, 157.9
Linda, 154.6
Hanna, 154.2
Sara, 153.1
1: (Ada, 148.7) (Hanna, 154.2) (Miranda, 148.2)
2: (Alice, 149.5) (Janet, 147.8) (Sara, 153.1)
3: (Carey, 133.7) (Linda, 154.6) (Tracy, 138.2)
4: (Ellen, 157.9) (Maria, 159.1) (Violet, 138.7)

●ファイル入出力

テキストファイルの入出力は System.IO に定義されているクラス StreamReader, StreamWriter を使う
- StreamReader 変数名 = new StreamReader("ファイル名");
- StreamWriter 変数名 = new StreamWriter("ファイル名");
- Windows でパス区切り記号に \ を使う場合、@quoted string を使うと便利
  - "C:\\Foo\\Bar\\Baz\\oops.txt" => @"C:\Foo\Bar\Baz\oops.txt"
  - @" ... " の中はエスケープシーケンスの処理が無効になる
- ストリームを生成するときは using を使うと便利
```
using( インスタンスの生成 ) {

  ...

}
```
- using で生成されたインスタンスは自動的に廃棄される
- このとき、オープンされたファイルも自動的にクローズされる
テキストの読み込み
- int Read(); 1 文字 (char) 読み込み
- int Read(char[] buff, int index, int size); 配列 buff の index 番目以降に size 個の文字を読み込む
- string ReadLine(); 1 行読み込み
- string ReadToEnd(); 最後まで読み込む
テキストの書き込み
- Write(), WriteLine() は Cosole.Write(), Console.WriteLine() と同じ
- Flush(); バッファに残っているデータを出力する

リスト : テキストファイルの連結 (cat/Program.cs)

using System;
using System.IO;

class Test {
  static void Main(string[] args) {
    foreach(string name in args) {
      using (var s = new StreamReader(name)) {
        string? buff;
        while ((buff = s.ReadLine()) != null) {
          Console.WriteLine(buff);
        }
      }
    }
  }
}

コマンドライン引数は Main() の引数 string[] args に格納される
ReadLine() はファイルの終了を検出すると null を返す

$ ls
Program.cs  cat.csproj  obj
$ dotnet run Program.cs
using System;
using System.IO;

class Test {
  static void Main(string[] args) {
    foreach(string name in args) {
      using (var s = new StreamReader(name)) {
        string? buff;
        while ((buff = s.ReadLine()) != null) {
          Console.WriteLine(buff);
        }
      }
    }
  }
}

リスト : テキストファイルのコピー (cp/Program.cs)

using System;
using System.IO;

class Test {
  static void Main(string[] args) {
    if (args.Length < 2) {
      Console.WriteLine("arguments error");
    } else {
      using (var sIn = new StreamReader(args[0])) {
        using (var sOut = new StreamWriter(args[1])) {
          string? buff;
          while ((buff = sIn.ReadLine()) != null) {
            sOut.WriteLine(buff);
          }
        }
      }
    }
  }
}

$ ls
Program.cs  cp.csproj  obj
$ dotnet run Program.cs test.txt
$ ls
Program.cs  bin  cp.csproj  obj  test.txt
$ cat test.txt
using System;
using System.IO;

class Test {
  static void Main(string[] args) {
    if (args.Length < 2) {
      Console.WriteLine("arguments error");
    } else {
      using (var sIn = new StreamReader(args[0])) {
        using (var sOut = new StreamWriter(args[1])) {
          string? buff;
          while ((buff = sIn.ReadLine()) != null) {
            sOut.WriteLine(buff);
          }
        }
      }
    }
  }
}

●バイナリファイルの入出力

バイナリファイルの入出力は System.IO に定義されているクラス FileStream を使う
- FileStream はバイト単位で入出力を行う基本的なクラス
- 使い方はＣ言語の標準ライブラリ stdio.h に定義されている関数と似ている
コンストラクタ
- FileStream 変数名 = new FileStream(string filename, FileMode mode);
FIleMode
- Open, 既存のファイルをオープンする (存在しない場合は例外を送出)
- CreateNew, 新しいファイルを作成する (存在する場合は例外を送出)
- Truncate, 既存のファイルを 0 に切り詰めてオープンする (存在しない場合は例外を送出)
- Create, ファイルが存在する場合は Truncate と同じ、存在しない場合は CreateNew と同じ
- OpenOrCreate, ファイルが存在する場合はそれをオープンし、存在しない場合は新しいファイルを作成する
- Append, ファイルが存在する場合はデータを末尾に追加し、存在しない場合は新しいファイルを作成する
一般的な使い方では、データの読み込みに Open を、書き込みに Create を指定すればよい
基本的なアクセスメソッド
- int ReadByte(), 1 バイト読み込む (EOF に到達した場合は -1 を返す)
- int Read(byte [] buff, int offset, int cnt), cnt バイト読み込んで、buff + offset 以降に格納する
  - 返り値は読み込んだバイト数
- void WriteByte(byte c), 1 バイト書き込む
- void Write(byte [] buff, int offset, int cnt), buff + offset からデータを cnt バイト書き込む
バイト以外の単位で入出力を行うにはクラス BinaryReader, BinaryWriter を使う
コンストラクタ
- BinaryReader 変数名 = new BinaryReader(Stream input);
- BinaryWriter 変数名 = new BinaryWriter(Stream output);
- 通常は FileStream で生成したストリームを引数に渡せばよい
BiaryReader, BinaryWriter には様々な型でデータを読み書きするメソッドが用意されている
このほかにも便利なクラスやメソッドが用意されている
詳細は C# のリファレンスを参照

リスト : バイナリファイルのコピー (copy/Program.cs)

using System;
using System.IO;

class Test {
  static void Main(string[] args) {
    if (args.Length < 2) {
      Console.WriteLine("arguments error");
    } else {
      using (var sIn = new FileStream(args[0], FileMode.Open);     // using 宣言, C# 8.0 から利用可能
      using (var sOut = new FileStream(args[1], FileMode.Create);
      int c;
      while ((c = sIn.ReadByte()) != -1) {
        sOut.WriteByte((byte)c);
      }
    }
  }
}

$ ls copy
Program.cs  copy.csproj  obj
$ cd copy
$ dotnet run Program.cs test.txt
$ ls
Program.cs  bin  copy.csproj  obj  test.txt
$ cat test.txt
using System;
using System.IO;

class Test {
  static void Main(string[] args) {
    if (args.Length < 2) {
      Console.WriteLine("arguments error");
    } else {
      using var sIn = new FileStream(args[0], FileMode.Open);
      using var sOut = new FileStream(args[1], FileMode.Create);
      int c;
      while ((c = sIn.ReadByte()) != -1) {
        sOut.WriteByte((byte)c);
      }
    }
  }
}

リスト : 乱数 (double) データの読み書き (sample23a/Program.cs)

using System;
using System.IO;

class Test {
  static void Main(string[] args) {
    {
      using var s1 = new FileStream("test.dat", FileMode.Create);
      using var s2 = new BinaryWriter(s1);
      var r = new Random();
      Console.WriteLine("----- write random data -----");
      for (int i = 0; i < 10; i++) {
        double x = r.NextDouble();
        Console.WriteLine(x);
        s2.Write(x);
      }
    }
    using var s3 = new FileStream("test.dat", FileMode.Open);
    using var s4 = new BinaryReader(s3);
    Console.WriteLine("----- read random data -----");
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
      double x = s4.ReadDouble();
      Console.WriteLine(x);
    }
  }
}

$ dotnet run --project sample23a
----- write random data -----
0.004021309139920826
0.1083248895192791
0.1777151122192152
0.48411280991540695
0.49638943134720204
0.13615221317311488
0.6281558086366923
0.928947103389078
0.599753063548463
0.5356192240569689
----- read random data -----
0.004021309139920826
0.1083248895192791
0.1777151122192152
0.48411280991540695
0.49638943134720204
0.13615221317311488
0.6281558086366923
0.928947103389078
0.599753063548463
0.5356192240569689

●名前空間

名前空間は namespace 名前 { ... } で定義する
名前空間の中では複数のクラスを定義できる
名前空間は入れ子にすることもできる
Name1 の中に Name2 を定義する場合、namespace Name1.Name2 { ... } と書くこともできる

リスト : 名前空間の使用例 (sample15/Program.cs)

using System;
using Foo;
using Foo.Bar;

namespace Foo {
  namespace Bar {
    class Baz {}
  }
  class Oops {}
}

class Test {
  static void Main() {
    var a = new Foo.Bar.Baz();
    var b = new Foo.Oops();
    Console.WriteLine("{0}", a);
    Console.WriteLine("{0}", b);

    var c = new Baz();
    var d = new Oops();
    Console.WriteLine("{0}", c);
    Console.WriteLine("{0}", d);
  }
}

$ dotnet run --project sample15
Foo.Bar.Baz
Foo.Oops
Foo.Bar.Baz
Foo.Oops

名前空間の中で定義したクラスは Name.ClassName でアクセスできる
using Name; や using Name1.Name2; とすることで Name や Name1.Name2 を省略できる
using で別名を付けることができる
- using 別名 = Name1.Name2.ClassName; // クラス名の別名
- using 別名 = Name1.Name2.Name3; // 名前空間の別名
別名を使う場合、ドット ( . ) だけではなく :: 演算子 (エイリアス修飾子) を使うことができる
- using System = Sys; Sys::Console.WriteLine("") のように使う
名前空間 global はルートを表す (System は global::System のこと)

●ライブラリの作成

ライブラリを作成する場合、次のコマンドでライブラリ用のプロジェクトを生成する
```
dotnet new classlib -o name
```
サブディレクトリ name にライブラリ用のプロジェクトが生成される
雛型のソースファイル Class1.cs が生成されるので、それを書き換える
ファイル名は拡張子が .cs であれば何でもよい

$ dotnet new console -o sample16
テンプレート "コンソール アプリ" が正常に作成されました。

作成後の操作を処理しています...
/home/mhiroi/csharp/sample16/sample16.csproj で ' dotnet restore ' を実行しています...
  復元対象のプロジェクトを決定しています...
  /home/mhiroi/csharp/sample16/sample16.csproj を復元しました (141 ms)。
正常に復元されました。

$ cd sample16
$ dotnet new classlib -o hello
テンプレート "クラス ライブラリ" が正常に作成されました。

作成後の操作を処理しています...
/home/mhiroi/csharp/sample16/hello/hello.csproj で ' dotnet restore ' を実行しています...
  復元対象のプロジェクトを決定しています...
  /home/mhiroi/csharp/sample16/hello/hello.csproj を復元しました (104 ms)。
正常に復元されました。

$ ls hello
Class1.cs  hello.csproj  obj

リスト : 簡単なライブラリの作成 (sample16/hello/Class1.cs)

using System;

namespace hello;

public class HelloWorld
{
  public static void Greeting() {
    Console.WriteLine("Hello World");
  }
}

ライブラリを呼び出すプロジェクトでソリューションファイルを作成する
```
dotnet new sln
```
ソリューションファイルにライブラリのパスを追加する
```
dotnet sln add path-name
```
プログラムファイル Program.cs を書き換えて、プログラムを実行する

$ dotnet new sln
テンプレート "ソリューション ファイル" が正常に作成されました。
$ ls
Program.cs  hello  obj  sample16.csproj  sample16.sln
$ dotnet sln add ./hello/hello.csproj
プロジェクト `hello/hello.csproj` をソリューションに追加しました。

リスト : ライブラリの使用例 (sample16/Program.cs)

using hello;

class Test {
  static void Main() {
    HelloWorld.Greeting();
  }
}

$ dotnet run
Hello World

●値呼びと参照呼び

一般に、関数呼び出しには「値呼び (call by value)」と「参照呼び (call by reference)」がある
近代的なプログラミング言語では「値呼び」が主流で、C# も値呼びである
1. 受け取るデータを格納する変数 (仮引数) を用意する
2. データを引数に代入する (データのコピーが行われる)
3. 関数の実行終了後、引数を廃棄する
仮引数に対する更新が直ちに実引数にも及ぶような呼び出し方が「参照呼び」
参照呼びは、呼び出し先 (caller) から呼び出し元 (callee) の局所変数にアクセスできる
C# の場合、仮引数と実引数にキーワード ref を付けると参照呼びと同様の動作になる

リスト : 値の交換 (sample17/Program.cs)

using System;

class Test {
  static void Swap(ref int a, ref int b) {
    int c = a;
    a = b;
    b = c;
  }

  static void Main() {
    int a = 1, b = 2;
    Console.WriteLine("a = {0}, b = {1}", a, b);
    Swap(ref a, ref b);
    Console.WriteLine("a = {0}, b = {1}", a, b);
  }
}

$ dotnet run --project sample17
a = 1, b = 2
a = 2, b = 1

ref を使う場合、変数は初期化しておく必要がある
基本的に C# の関数は一つの値しか返せない
複数の値 (多値) を返したい場合は参照呼びを使う
このとき ref ではなくキーワード out を使うと変数の初期化が不要になる

リスト : out の使い方 (sample18/Program.cs)

using System;

class Test {
  // 商と剰余を返す (Math.DivRem() と同じ)
  static int DivRem(int x, int y, out int z) {
    z = x % y;
    return x / y;
  }

  static void Main() {
    int r;  // 初期化しなくてもよい
    int q = DivRem(11, 4, out r);
    Console.WriteLine("{0}, {1}", q, r);
  }
}

$ dotnet run --project sample18
2, 3

なお、C# 7 以降では「タプル (tuple)」が導入されたので、多値を返す場合はタプルを使ったほうが簡単
タプルはあとで説明する

●データ型の判定

データ型は演算子 is で判定できる
```
オブジェクト is データ型 => bool
```
演算子 as は指定したデータ型にキャストするが、できない場合は null を返す
```
オブジェクト as データ型 => オブジェクト or null
```

$ dotnet script
> class Foo {}
> class Bar : Foo {}
> class Baz : Bar {}
> Foo a = new Foo();
> Foo b = new Bar();
> Foo c = new Baz();
> a is Foo
true
> a is Bar
false
> b is Foo
true
> b is Bar
true
> b is Baz
false
> c is Foo
true
> c is Bar
true
> c is Baz
true
> a as Foo
Submission#0.Foo { }
> a as Bar        // null
> b as Bar
Submission#1.Bar { }
> b as Baz        // null
> c as Baz
Submission#2.Baz { }

演算子 typeof(データ型) は System.Type のインスタンスを返す
メソッド GetType() でも System.Type のインスタンスを取得できる
プロパティ Name でデータ型の名前 (文字列) を取得できる

> typeof(Foo).Name
"Foo"
> b.GetType()
[Submission#1+Bar]
> b.GetType().Name
"Bar"
> c.GetType().Name
"Baz"

●演算子の多重定義

C# はメソッドだけではなく「演算子」も多重定義 (オーバーロード) することができる

演算子の多重定義にはキーワード operator を使い、クラスのスタティックメソッドとして意義する

リスト : 二項演算子の多重定義

public static 返り値の型 operator 演算子(左辺式の型 仮引数, 右辺式の型 仮引数) { ... }

仮引数のうち、少なくとも 1 つは定義するクラス自身でなければならない
なお、多重定義できない演算子も存在する

//
// ratio/Program.cs : 有理数
//
// Copyright (C) 2016-2022 Makoto Hiroi
//
using System;
using System.Numerics;

struct Ratio : IComparable {
  public BigInteger Numer { get; }  // 分子
  public BigInteger Denom { get; }  // 分母

  public Ratio(BigInteger p, BigInteger q) {
    BigInteger a = BigInteger.GreatestCommonDivisor(p, q);
    Numer = p / a;
    Denom = q / a;
    if (Denom < 0) {
      Numer = - Numer;
      Denom = - Denom;
    }
  }

  public static Ratio operator +(Ratio a, Ratio b) {
    return new Ratio(a.Numer * b.Denom + b.Numer * a.Denom, a.Denom * b.Denom);
  }

  public static Ratio operator -(Ratio a, Ratio b) {
    return new Ratio(a.Numer * b.Denom - b.Numer * a.Denom, a.Denom * b.Denom);
  }

  public static Ratio operator *(Ratio a, Ratio b) {
    return new Ratio(a.Numer * b.Numer, a.Denom * b.Denom);
  }

  public static Ratio operator /(Ratio a, Ratio b) {
    return new Ratio(a.Numer * b.Denom, a.Denom * b.Numer);
  }
  
  // IComparable 用のメソッド
  public int CompareTo(Object? obj) {
    if (!(obj is Ratio)) return 1;
    Ratio r = (Ratio)obj;
    BigInteger a = Numer * r.Denom;
    BigInteger b = r.Numer * Denom;
    if (a == b) return 0;
    else if (a < b) return -1;
    else return 1;
  }

  public override bool Equals(object? obj) {
    if (!(obj is Ratio)) return false;
    Ratio r = (Ratio)obj;
    return Numer == r.Numer && Denom == r.Denom;
  }

  // とても適当なので実際に使ってはいけない
  public override int GetHashCode() {
    return ((Numer << 7) ^ Denom).GetHashCode();
  }

  public static bool operator ==(Ratio a, Ratio b) {
    return a.Equals(b);
  }
  public static bool operator !=(Ratio a, Ratio b) {
    return !a.Equals(b);
  }
  public static bool operator <(Ratio a, Ratio b) {
    return a.CompareTo(b) < 0;
  }
  public static bool operator <=(Ratio a, Ratio b) {
    return a.CompareTo(b) <= 0;
  }
  public static bool operator >(Ratio a, Ratio b) {
    return a.CompareTo(b) > 0;
  }
  public static bool operator >=(Ratio a, Ratio b) {
    return a.CompareTo(b) >= 0;
  }

  // 表示
  public override string ToString() {
    return Numer.ToString() + "/" + Denom.ToString();
  }
}

class Test {
  static void Main() {
    Ratio a = new Ratio(1, 2);
    Ratio b = new Ratio(1, 3);
    Ratio c = new Ratio(1, 4);

    Console.WriteLine(a);
    Console.WriteLine(b);
    Console.WriteLine(c);
    Console.WriteLine(a + b);
    Console.WriteLine(a - b);
    Console.WriteLine(a * b);
    Console.WriteLine(a / b);
    Console.WriteLine(c + b);
    Console.WriteLine(c - b);
    Console.WriteLine(c * b);
    Console.WriteLine(c / b);
    Console.WriteLine(a == c + c);
    Console.WriteLine(a != c + c);
    Console.WriteLine(a < b);
    Console.WriteLine(a > b);
    Console.WriteLine(a <= b);
    Console.WriteLine(a >= b);
    Console.WriteLine(b < c);
    Console.WriteLine(b > c);
    Console.WriteLine(b <= c);
    Console.WriteLine(b >= c);

    var buff = new Ratio[] {b, a, c};
    Array.Sort(buff);
    foreach(Ratio x in buff) {
      Console.Write("{0} ", x);
    }
    Console.WriteLine("");
  }
}

配列のメソッド Sort() や BinarySearch() などを使用するときは IComparable を継承する
実装するメソッドは x.CompareTo(y) だけ
- x < y, 負の整数 (int) を返す
- x == y, 0 を返す
- x > y, 正の整数を返す
IComparable を継承しても比較演算子は自動的に定義されないので、自分で演算子を多重定義する必要がある
演算子 ==, != を多重定義するとき、メソッド Equals() をオーバーライドしないとワーニングがでる
メソッド Equals() をオーバーライドするとき、メソッド GetHashCode() をオーバーライドしないとワーニングがでる

$ dotnet run --project ratio
1/2
1/3
1/4
5/6
1/6
1/6
3/2
7/12
-1/12
1/12
3/4
True
False
False
True
False
True
False
True
False
True
1/4 1/3 1/2

●null 許容型

通常、null は値型の変数に代入することはできないが、null も代入できる値型を「null 許容型」という
値型を T とすると、null 許容型は T? と記述する
- T? は System.Nullable<T> の省略形
null 許容型は通常の値型と同様の計算を行うことができる
- 計算する値に null が含まれていると結果は null になる
null の判定は演算子 ==, != のほかにプロパティ HasValue もある
プロパティ Value は値を返すが、null であれば例外を送出する
null 許容型の値を値型の変数に代入するときは演算子 ?? を使うと便利
- x が null 許容型の場合、int y = x ?? -1; は x に値があればその値を、null であれば -1 を y に代入する

$ dotnet script
> int? a = 10;
> int? b = null;
> a
10
> b       // null
> int c = a ?? -1;
> c
10
> int d = b ?? -1;
> d
-1
> a + a
20
> a + b   // null
>

●日付と時刻

C# の場合、日付と時刻の操作は主に構造体 DateTime を使う
現在の日付と時刻は静的なプロパティ Now で取得できる
現在の日付だけでよければ静的なプロパティ Today を使う
主なプロパティ
- Year, Month, Day, Hour, Minute, Second, Millsecond
- Date : 日付だけを取得
- TimeOfDay : 時刻だけを取得
- DayOfWeek : 曜日を取得
- Ticks : タイマー刻み数を取得
new DateTime() で新しいインスタンスを生成できる
- 引数には日付や時刻を指定する
構造体 TimeSpan は時間間隔を表す
DateTime と DateTime の引き算は TimeSpan を返す
主なプロパティ
- Years, Months, Days, Hours, Minutes, Seconds, Millseconds, Ticks
- これらのプロパティは TimeSpane の該当する要素の値を返すだけ
- トータルでの値は次のプロパティを使う
- TotalDays, TotalHours, TotalMinutes, TotalSeconds, TotalMillseconds

$ dotnet script
> var a = new DateTime(2022, 1, 1);
> var b = new DateTime(2022, 2, 1);
> a
[2022/01/01 0:00:00]
> b
[2022/02/01 0:00:00]
> var c = b - a;
> c
[31.00:00:00]
> c.TotalDays
31
> c.TotalHours
744
> c.TotalSeconds
2678400

リスト : 簡単な実行時間の計測 (sample19/Program.cs)

using System;

class Test {
  // 二重再帰
  static long Fibo(long n) {
    if (n < 2) return n;
    return Fibo(n - 2) + Fibo(n - 1);
  }

  static void Main() {
    var s = DateTime.Now;
    Console.WriteLine(Fibo(42));
    Console.WriteLine((DateTime.Now - s).TotalSeconds);
  }
}

$ dotnet run --project sample19
267914296
4.0949824
$ dotnet run -c Release --project sample19
267914296
2.6287564

実行環境 : Ubunts 18.04 (WSL), Intel Core i5-6200U 2.30GHz

●書式指定文字列

メソッド ToString() はオブジェクトを文字列に変換する
自作のクラスで ToString() をオーバーライドすると、Console.Write() などの出力関数でオブジェクトを表示できる
- public overirde string ToString() { ... }
データ型によっては ToSting() の引数に書式指定文字列を指定することができる
数値の主な書式指定子
- c. C : 通貨単位を表示
- d, D : 10 進数 (整数専用)
- x, X : 16 進数 (整数専用, x は a - f, X は A - F で表示)
- f, F : 固定小数点
- e, E : 指数
- g, G : 数値 (F, E のどちらか簡潔な方で表示)
- n, N : 桁区切り記号付き
- p, P : % 記号付き
- 詳細は標準の数値書式指定文字列 | Microsoft Docs を参照

$ dotnet script
> 255.ToString("d")
"255"
> 255.ToString("x")
"ff"
> 255.ToString("X")
"FF"
> double x = 1.23456789;
> x.ToString("f")
"1.235"
> x.ToString("e")
"1.234568e+000"
> x.ToString("g")
"1.23456789"
> 123456789.ToString("n")
"123,456,789.000"

日付の主な書式指定子
- 小文字は短い形式、大文字は長い形式
- d, D : 日付
- t, T : 時刻
- f, F : 完全な日付と時刻
- g, G : 一般的な日付と時刻
- y, Y : 年月
- m, M : 月日
- 詳細は標準の日時書式指定文字列 | Microsoft Docs を参照

> var a = new DateTime(2022, 2, 1, 12, 34, 56);
> a
[2022/02/01 12:34:56]
> a.ToString("d")
"2022/02/01"
> a.ToString("D")
"2022年2月1日火曜日"
> a.ToString("t")
"12:34"
> a.ToString("T")
"12:34:56"
> a.ToString("f")
"2022年2月1日火曜日 12:34"
> a.ToString("F")
"2022年2月1日火曜日 12:34:56"
> a.ToString("g")
"2022/02/01 12:34"
> a.ToString("G")
"2022/02/01 12:34:56"

String.Format() や Console.Write() などでは複数のデータの書式を指定することができる
これを「復号書式指定」という
復号書式指定の構文
```
{ index[,w][:指定子] }
```
- index は書式文字列のあとの引数の位置
- w はフィールド幅で、負数を指定すると右詰めされる
- 指定子のあとの数字を指定することもできる
  - 整数の場合はフィールド幅 (右詰めで空欄には 0 が充填)
  - 浮動小数点数の場合は精度 (小数点以降の桁数)

> Console.WriteLine("[{0,8}]", "hello")
[   hello]
> Console.WriteLine("[{0,-8}]", "hello")
[hello   ]
> Console.WriteLine("[{0,-8:d}]", 123)
[123     ]
> Console.WriteLine("[{0,8:d}]", 1234)
[    1234]
> Console.WriteLine("[{0,-8:d}]", 1234)
[1234    ]
> Console.WriteLine("[{0:d8}]", 1234)
[00001234]
> Console.WriteLine("{0:f}", 1.2345678)
1.23
> Console.WriteLine("{0:f7}", 1.2345678)
1.2345678

数値は 0 や # などを使って書式を作ることができる
これを「カスタム数値書式指定文字列」という
詳細はカスタム数値書式指定文字列 | Microsoft Docs を参照
カスタム日時書式指定文字列 | Microsoft Docs も用意されている

> Console.WriteLine("{0:###.###}", 123.45)
123.45
> Console.WriteLine("{0:###.000}", 123.45)
123.450
> Console.WriteLine("{0:0000.000}", 123.45)
0123.450

初版 2016 年 9 月 - 11 月
改訂 2022 年 2 月 12 日

C# Programming

お気楽Ｃ＃プログラミング超入門

C# の基礎知識 (後編)

●イテレータ

●インデクサー

●LINQ

●LINQ (クエリ式)

●ファイル入出力

●バイナリファイルの入出力

●名前空間

●ライブラリの作成

●値呼びと参照呼び

●データ型の判定

●演算子の多重定義

●null 許容型

●日付と時刻

●書式指定文字列