Visual C#のデータ型とその基礎知識

1. 共通型システム（CTS）とC#のデータ型
- 補足説明: CTSの役割
2. Visual C#の基本データ型
- 2.1 基本的なデータ型の網羅一覧
- 2.2 値型と参照型のメモリの使われ方
3. 型変換
- 3.1 暗黙的型変換
- 3.2 明示的型変換
4. Nullable型
5. 配列とコレクション
6. 型推論（varとdynamic）
7. まとめ

1. 共通型システム（CTS）とC#のデータ型

C#のデータ型は、.NETの共通型システム（CTS: Common Type System）に基づいています。CTSは、異なる言語間でのデータ互換性を確保し、一貫した型の管理を実現するための仕組みです。この仕組みにより、Visual C#で宣言されたすべてのデータ型は、.NET Frameworkの基本クラスライブラリにマッピングされます。

例えば、C#で使用するint型は、CTSのSystem.Int32型に対応し、double型はSystem.Double型に対応します。このように、C#の型はCTSの型のエイリアスとして機能します。

補足説明: CTSの役割

CTSは、次のような目的で設計されています。

一貫性: 異なる.NET言語（例: C#、VB.NET、F#）間でデータをやり取りする際に型の一貫性を保証します。
安全性: すべての型が明確に定義されており、型安全性が保たれます。
拡張性: ユーザー定義の型やカスタムクラスもCTSの枠組みに基づいて動作します。

C#における型宣言とCTSとの関係を理解することは、異なる.NET言語間でのデータ共有や互換性を考える上で重要です。

2. Visual C#の基本データ型

2.1 基本的なデータ型の網羅一覧

以下は、C#のすべての基本データ型を網羅し、それに対応するCTS型、範囲、サイズを示した一覧表です。

型名（C#）	CTSの型	範囲	サイズ	備考
byte	System.Byte	0 ～ 255	8ビット	符号なし整数
sbyte	System.SByte	-128 ～ 127	8ビット	符号付き整数
short	System.Int16	-32,768 ～ 32,767	16ビット	符号付き整数
ushort	System.UInt16	0 ～ 65,535	16ビット	符号なし整数
int	System.Int32	-2,147,483,648 ～ 2,147,483,647	32ビット	符号付き整数
uint	System.UInt32	0 ～ 4,294,967,295	32ビット	符号なし整数
long	System.Int64	-9,223,372,036,854,775,808 ～ 9,223,372,036,854,775,807	64ビット	符号付き整数
ulong	System.UInt64	0 ～ 18,446,744,073,709,551,615	64ビット	符号なし整数
float	System.Single	±1.5 × 10^-45 ～ ±3.4 × 10³⁸（約7桁の精度）	32ビット	単精度浮動小数点
double	System.Double	±5.0 × 10^-324 ～ ±1.7 × 10³⁰⁸（約15～16桁の精度）	64ビット	倍精度浮動小数点
decimal	System.Decimal	±1.0 × 10^-28 ～ ±7.9 × 10²⁸（28～29桁の精度）	128ビット	金融計算向け高精度数値型
bool	System.Boolean	true または false	1ビット	論理型
char	System.Char	Unicode文字（1文字）	16ビット	文字型
string	System.String	文字列	可変	文字列型
object	System.Object	すべての型の基底型	参照型	基本クラス型

2.2 値型と参照型のメモリの使われ方

C#のデータ型は、大きく「値型」と「参照型」に分類されます。それぞれの違いを以下で説明します。

値型

値型はメモリ上に直接値が保存されます。スタック領域に格納され、スコープ外になると自動的に破棄されます。

例: 整数型、浮動小数点型、構造体、列挙型（例: int, float, bool）

int a = 5;
int b = a; // 値そのものがコピーされる
b = 10;    // aの値には影響しない

参照型

参照型は値そのものではなく、値への参照（ポインタ）が格納されます。ヒープ領域に格納され、ガベージコレクター（GC）によって管理されます。

例: クラス、配列、string型（例: string, object）

class MyClass
{
    public int Value;
}

MyClass obj1 = new MyClass();
obj1.Value = 5;

MyClass obj2 = obj1; // 参照がコピーされる
obj2.Value = 10;     // obj1の値も変更される

スタック領域とヒープ領域の違い

スタック領域: 短命なデータ（関数スコープ内のローカル変数など）を格納し、高速なアクセスが可能。
ヒープ領域: 長命なデータ（オブジェクトや参照型のインスタンスなど）を格納し、必要に応じてガベージコレクターが解放を管理。

これにより、C#は効率的なメモリ管理と高速なデータ操作を実現しています。

3. 型変換

C#では、異なるデータ型の値を変換することができます。これを「型変換」と呼びます。型変換には、以下の2種類があります。

暗黙的型変換: コンパイラが自動的に行う安全な変換。
明示的型変換: プログラマーがキャスト構文を使用して指定する必要がある変換。

3.1 暗黙的型変換

暗黙的型変換は、データが失われることなく変換できる場合に行われます。例えば、`int`型の値を`double`型に変換する場合、精度の損失がないため自動的に変換されます。

暗黙的型変換の例


// intからdoubleへの暗黙的変換
int num = 10;
double d = num; // 自動で変換される

以下は、暗黙的型変換が可能な型の一覧を示した表です。

元の型	変換可能な型
byte	short, int, long, float, double, decimal
short	int, long, float, double, decimal
int	long, float, double, decimal
long	float, double, decimal
float	double
char	int, long, float, double, decimal

具体例: char型からint型への変換


// charからintへの暗黙的変換
char letter = 'A';
int ascii = letter; // 'A'のASCII値（65）が代入される
Console.WriteLine(ascii); // 出力: 65

3.2 明示的型変換

明示的型変換は、データが失われる可能性がある場合や、暗黙的に変換できない場合に使用します。キャスト構文を使用して変換を明示的に指定します。

明示的型変換の例


// doubleからintへの明示的変換
double x = 10.5;
int y = (int)x; // 小数部分が切り捨てられる
Console.WriteLine(y); // 出力: 10

具体例: long型からshort型への変換


// longからshortへの明示的変換
long largeNumber = 30000;
short smallNumber = (short)largeNumber; // 値がそのままコピーされる
Console.WriteLine(smallNumber); // 出力: 30000

4. Nullable型

通常、値型（例: `int`, `double`）は`null`を許容しません。しかし、C#では`Nullable`型または`T?`構文を使用して、値型にも`null`を許容することができます。

4.1 Nullable型の基本

Nullable型は、値型に対して`null`を割り当て可能にするデータ型です。例えば、データベースのフィールドにNULL値が存在する場合や、値が存在しない可能性があるときに使用されます。

Nullable型の宣言例


// Nullable型の宣言
int? nullableInt = null;
if (nullableInt.HasValue)
{
    Console.WriteLine(nullableInt.Value);
}
else
{
    Console.WriteLine("値がnullです");
}

具体例: データベースのデータを扱う場合


// 年齢が入力されていない場合を表現
int? age = null;
if (age.HasValue)
{
    Console.WriteLine($"年齢は{age.Value}歳です");
}
else
{
    Console.WriteLine("年齢は未入力です");
}

4.2 Nullable型の用途

Nullable型は、主に次のような場面で使用されます。

データベースからNULL値を取得したい場合。
計算結果が未定義または不明になる可能性がある場合。
ユーザー入力が必須でないフォームを扱う場合。

4.3 Null合体演算子の活用

C#では、`??`演算子（Null合体演算子）を使用して、Nullable型が`null`の場合にデフォルト値を設定することができます。

Null合体演算子の例


// Null合体演算子の使用
int? nullableValue = null;
int defaultValue = nullableValue ?? 0; // nullableValueがnullの場合、0を代入
Console.WriteLine(defaultValue); // 出力: 0

具体例: 年齢をデフォルト値で設定


// 年齢が未入力の場合に0を設定
int? userAge = null;
int displayedAge = userAge ?? 0;
Console.WriteLine($"表示する年齢: {displayedAge}歳"); // 出力: 表示する年齢: 0歳

5. 配列とコレクション

Visual C#では、データをまとめて管理するための方法として「配列」と「コレクション」が利用できます。それぞれに特徴があり、用途に応じた使い分けが重要です。

5.1 配列とコレクションの違い

特徴	配列	コレクション
サイズ	固定サイズで定義。サイズを変更不可。	動的にサイズを変更可能。
要素の型	同じ型の要素のみ格納可能。	ジェネリックを使用すれば同じ型に制限可能。非ジェネリックでは混在可能。
柔軟性	柔軟性が低い。基本的な操作のみ可能。	柔軟性が高い。要素の追加・削除、ソートなどが容易。
メモリ管理	メモリ効率が良い。	メモリ使用量が増加する場合がある。

5.2 配列の要素追加

配列は固定サイズのため、要素を追加する際には新しい配列を作成する必要があります。

コード例: 配列に要素を追加

// 初期配列
int[] numbers = { 1, 2, 3 };

// 新しい配列を作成
int[] newNumbers = new int[numbers.Length + 1];

// 元の配列の要素をコピー
Array.Copy(numbers, newNumbers, numbers.Length);

// 新しい要素を追加
newNumbers[newNumbers.Length - 1] = 4;

// 結果を表示
foreach (int num in newNumbers)
{
    Console.WriteLine(num); // 出力: 1, 2, 3, 4
}

5.3 コレクションの要素追加

コレクション（例: List<T>）は、動的にサイズを変更可能です。配列に比べ、要素の追加が簡単に行えます。

コード例: Listに要素を追加

// Listの作成
List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3 };

// 要素を追加
numbers.Add(4);

// 結果を表示
foreach (int num in numbers)
{
    Console.WriteLine(num); // 出力: 1, 2, 3, 4
}

6. 型推論（varとdynamic）

C#では、varとdynamicを使用することで、明示的に型を指定せずに変数を宣言できます。これにより、コードの簡潔性や柔軟性が向上します。

6.1 varとdynamicの使い分け

特徴	var	dynamic
型の決定	コンパイル時に決定。	実行時に決定。
型安全性	型安全。	型安全ではない。
使用例	型が明確にわかる場合。	型が実行時まで不明な場合。

コード例: varとdynamicの使い分け

// varの例
var number = 10; // コンパイル時にintと推論
Console.WriteLine(number.GetType()); // 出力: System.Int32

// dynamicの例
dynamic obj = 10; // 実行時に型が決定
Console.WriteLine(obj.GetType()); // 出力: System.Int32
obj = "文字列"; // 型が変更される
Console.WriteLine(obj.GetType()); // 出力: System.String