第3回 型による分岐の改良：特集：C# 7の新機能詳説（2/2 ページ）

変数の型によって処理を分岐したり、その際にキャストをしたりするのは、多くのプログラミング言語でよく行われることだ。C# 7ではこれをとても簡潔に記述できる。

[山本康彦，BluewaterSoft／Microsoft MVP for Windows Development]

is演算子の拡張

　C# 7では、is演算子に3種類の拡張が施された。

• 型判定と同時にキャスト（型パターン）
• 定数とのマッチング（定数パターン）
• 新しい変数に代入（varパターン）

型判定と同時にキャスト（型パターン）

　これは冒頭に挙げた「型判定してキャストする」問題を解決する機能だ。従来のis演算子の書き方の後ろに新しい変数を置くと、その型にキャストされて代入される（次のコード）。

object o = ……省略……
if (o is string s)
  WriteLine(s);

is演算子の型パターン（C# 7）
この例では変数oがstring型のとき、従来のis演算子と同様にtrueを返すと同時に、oがstring型にキャストされて変数sに代入される。
この変数sは、この場所で宣言されるものだ。事前に宣言しておいた変数は使えない。
is演算子がtrueになったときだけif文の中が実行されるので、if文の中では変数sはnullではないことが保証される。
変数sのスコープは、if文とそれ以降である。if文の中だけではないので注意してほしい。
なお、ここではif文で使っているが、条件式を使えるところならどこでも型パターンを使える（条件演算子の例を後述する）。

　is演算子の型パターンを使って冒頭のSampleMethod1を書き直すと、次のコードのようになる。

public static void SampleMethod3(Shape s)
{
  if (s is Ellipse e) // 型と判定と同時にキャストしてeに代入
  {
    if (e.Width == e.Height)
      WriteLine($"直径が{e.Width}の円です");
    else
      WriteLine("だ円です");
  }
  else if (s is Rectangle)
    WriteLine("長方形です");
  else if (s == null)
    WriteLine("nullです");
  else
    WriteLine("それ以外の図形です");
}

is演算子の型パターンの使用例（C# 7）
冒頭のSampleMethod1をis演算子の型パターンを使って書き換えた。
型判定の後にas演算子を使ったキャストのコードが不要になり、すっきりした。

　なお、is演算子の型パターンは（後述する定数パターン／varパターンも）、条件式が使えるところならどこでも利用できる。例えば、条件演算子（三項演算子）の中で使う例を次のコードに示す。

object o1 = ……省略……
bool isCircle = (o1 is Ellipse e) ? (e.Width == e.Height) : false;

is演算子の型パターンを条件演算子の中で使う例（C# 7）
このコードではo1がEllipse型の場合、Ellipse型にキャストされて新しい変数eに代入され、条件演算子の2番目の部分で円かどうかの判定がされて、その結果がisCircle変数に代入される。
o1がEllipse型ではない場合は、条件演算子の3番目の部分のfalseがisCircle変数に代入される。
なお、この例は条件演算子を使わずにAND条件としても書けるが、サンプルということでご容赦願いたい。

定数とのマッチング（定数パターン）

　is演算子で定数との比較も可能になった（次のコード）。

object o1 = 123;

// 従来の書き方
if (object.Equals(o1, 123))
  WriteLine("o1は123です");

// is演算子（定数パターン）
if (o1 is 123)
  WriteLine("o1は123です");

object o2 = null;

// 従来の書き方
if (o2 == null)
  WriteLine("o2はnullです");

// is演算子（定数パターン）
if (o2 is null)
  WriteLine("o2はnullです");

is演算子の定数パターンの例（C# 7）
object.Equalsを使うよりis演算子の方がすっきりする。
「is null」という書き方はVisual Basicのようだ。

新しい変数に代入（varパターン）

　is演算子のvarパターンは、もはや何の比較も行わず、常にtrueを返す。ただし、varで宣言した新しい変数に代入される。

　これは何に使うのだろうと思ってしまうかもしれないが、例えば次のコードのように、条件式の中でメソッドなどを呼び出したときに、その返値を条件式の中で繰り返し使えるのである。

if (DateTime.Today is var today
    && today.Day is 13 
    && today.DayOfWeek is DayOfWeek.Friday)
  WriteLine("今日は13日の金曜日です");

is演算子のvarパターンの例（C# 7）
例えば今日が13日かどうかを判定するだけなら、「DateTime.Today.Day == 13」だけで済む。ところが、さらに金曜日かどうかも調べたいときは、従来ならば事前にDateTime.Todayの値をローカル変数に格納しておかなければならなかった。varパターンを使えば、この例のように条件式の中だけで完結する。
varパターンの新しい変数（この例では「today」）の型は、is演算子の左側の式（この例では「DateTime.Today」）から推論される（この例ではDateTime型になる）。そのため、条件式の後ろの部分でDateTime構造体のメソッドを呼び出せている。
なお、この例では定数パターンも使っている。

switch文の拡張

　switch文に与える式に制限がなくなり、caseラベルで（is演算子で説明した）型パターンが利用できるようになった。さらに、caseラベルの後ろにwhen句を置ける。

　冒頭のSampleMethod2メソッドは、C# 7では次のコードのように書ける。

public static void SampleMethod4(Shape s)
{
  switch (s) // 参照型でもOK
  {
    case Ellipse e when e.Width == e.Height:
      // sがEllipseであり、かつ、when句の条件を満たす場合に、
      // sはEllipse型の変数eにキャストされて、この分岐に来る
      WriteLine($"直径が{e.Width}の円です");
      break;
    case Ellipse e: // 上のwhen句でマッチしなかったEllipseは、こちらに来る
      WriteLine("だ円です");
      break;
    case Rectangle r: // 変数rの省略は不可
      WriteLine("長方形です");
      break;
    case null:
      WriteLine("nullです");
      break;
    default:
      WriteLine("それ以外の図形です");
      break;
  }
}

switch文の新しい機能を使った例（C# 7）
元のコード（SampleMethod2メソッド）にあった分岐後のキャストがなくなっている。また、元のコードでは円とだ円を区別するためにif文を使っていたが、このコードではwhen句を使って全ての分岐をcaseラベルで指定できている。
なお、新しい変数のスコープは、（if文のときとは違って）そのcaseラベルに続くswitchセクションの中だけである。

新しいcaseラベルは上から順に評価される

　この型パターンを使う新しいcaseラベルは、上から順に評価される（defaultを除く）。記述順序を間違えると評価されないcaseラベルが出てくることもあるので注意してほしい（次のコード）。

switch (s)
{
  default:
    WriteLine("それ以外の図形です");
    break;
  case Ellipse e:
    // sがEllipse型であれば、必ずここに入ってしまう
    WriteLine("だ円です");
    break;
  case Ellipse e when e.Width == e.Height:
    // sがEllipse型のときは全て上のcaseに入ってしまい、ここには絶対に来ない
    WriteLine($"直径が{e.Width}の円です");
    break;
}

型パターンを使うswitch文ではcaseラベルが上から順に評価される（C# 7）
必ず上から順に評価されるため、この例では下側のcaseラベルは実行されない。
例外はdefaultで、どこに書いてあっても最後に評価される。
なお、型パターンを含まない従来のswitch文は、コンパイル時の最適化により上から順に評価されるとは限らない（効率の良いジャンプテーブルとしてコンパイルされる場合もある）。

複数のcaseラベルを並べるとき

　複数のcaseラベルを並べて、それらを1つのswitchセクションに割り当てることがある。型パターンを使う新しい書き方でもそれは可能なのだが、新しい変数が未割り当てになってしまうので注意が必要だ（次のコード）。

object o = ……省略……
switch(o)
{
  // これはコンパイルエラーになる
  //case Ellipse e:
  //case Rectangle r:
  // ここに来たとき、変数eと変数rのどちらかは未割り当て
  //  if (e.Width < 1.0 || r.Width < 1.0)
  //    WriteLine("幅が狭い図形");
  //  break;

  // これはOK
  case Ellipse e when e.Width < 1.0:
  case Rectangle r when r.Width < 1.0:
    WriteLine("幅が狭い図形");
    break;

  case null:
    WriteLine("nullです");
    break;
  default:
    WriteLine("それ以外のオブジェクトです");
    break;
}

型パターンのcaseラベルを並べると変数が未割り当てになる（C# 7）
最初の例では型パターンによってキャストされた変数eとrを使おうとしているが、実際に割り当てられるのは（変数oの型によって）eとrのどちらか一方だけである。他方は未割り当てのままとなるので、コンパイルエラーになってしまう。
2番目の例のように型パターンのwhen句の中だけで使うのならば、問題ない。

まとめ

　今回は、C# 7の新機能の中から、「パターンマッチング」と呼ばれているis演算子とswitch文の拡張を紹介した。その中で型パターンは、型による分岐と同時にキャストも行えるとても便利な機能なので、ぜひマスターして簡潔なコード記述に役立ててほしい。

「特集：C# 7の新機能詳説」