C# 13の新機能を理解する――暗黙的なインデックスアクセスとallows ref struct

【C#で知っておくべき新機能】最新バージョンを徹底解説！ 第7回

ジェネリクスの型制約に使えるようになったallows ref struct（allows ref struct）

　C# 13では、ジェネリクスの型制約にallows ref structを指定できるようになり、ref構造体が型引数に指定可能になりました。

　C# 7.2で使えるようになったref構造体は、その置き場所がスタックに限定されることから生ずる性能上のメリットと引き換えに、型引数になることができないなどの制約がありました（第2回を参照）。例えばSpan<T>構造体やReadOnlySpan<T>構造体はref構造体なので、それらを型引数とするジェネリック型を定義することができませんでした。

　C# 13ではこの制約が緩和されて、アンチ制約（反制約）allows ref structを指定することでジェネリック型がref構造体を受入れ可能であることを示せます。例えば、以下のリストではクラスCが型パラメータにref構造体を受け入れることを許可していますが、メソッドMethodは引数がref構造体であっても問題ないように実装されている必要があります。

リスト　allows_ref_struct/Program.cs

public class C<T> where T : allows ref struct
{
    public void Method(scoped T p)
    {
    }
}

　allows ref structは、ref構造体へのインタフェース実装のための機能です。C# 13では、以下のリストのようにref構造体がインタフェースを実装できるようになっています。

リスト　allows_ref_struct/Program.cs

ref struct S : IFormattable
{
  public string ToString(string? format, IFormatProvider? formatProvider) => "Hello";
}

　ref構造体には、スタック上にしか配置できないという制約から、Box化できないという制約もあります。そのため、構造体SのインスタンスをIFormattable型の変数に代入して使うことはできません。ただし、ジェネリックなメソッドを定義して、それに渡す形であればBox化を回避できます。このとき、メソッドが型パラメータにref構造体を受入れ可能であることを示すのが、allows ref structです。

　以下のリストの実行例のように、int型もS型も受け入れられて正しく実行されています。

リスト　allows_ref_struct/Program.cs

static void Method<T>(T r) where T : IFormattable, allows ref struct
{
    Console.WriteLine("{0}", r.ToString("", null));
}
Method<int>(100);	// 100
var s = new S();
Method<S>(s);		// Hello

　allows ref structも万能ではなく、このアンチ制約を付与された場合には、ref構造体の制約に反するコードはコンパイルエラーとなります。例えば、メソッド内でインタフェース型の変数に代入して使うことはできません。

［NOTE］Box化

　値型を参照型に変換、すなわちデータの置き場所をスタックからヒープへ変更することです。ボクシングともいいます。例えば整数型は値型なのでスタック上に配置されますが、Box化により参照型としてヒープ上へ配置することができます。反対に、ヒープ上にあるデータをスタック上に戻すことを非Box化（アンボクシング）といいます。

partialなプロパティとインデクサ（More partial members）

　C# 13では、partialなプロパティとインデクサを宣言できるようになりました。

　C#には、C# 2の頃から部分クラスという仕様があり、クラスを分割して定義できるようになっています。例えばあるクラスの定義において、ツールにより自動生成された部分と、開発者が記述する部分を明確に分けるための仕組みです。C# 3では部分メソッドが導入され、メソッドの宣言と実装を分けられるようになりました。さらに、C# 9では部分メソッドが拡張されました。

　C# 13で導入されたpartialなプロパティとインデクサは、この拡張された部分メソッドの流れをくむものです。以下のリストは、部分プロパティと部分インデクサの実装例です。

リスト　partial_members/Program.cs

public partial class C
{
    // 部分プロパティ
    public partial string Name { get; set; }
    // 部分インデクサ
    public partial int this[int index] { get; set; }
}

public partial class C
{
    // Nameプロパティの実装
    private string _name;
    public partial string Name
    {
        get => _name;
        set => _name = value;
    }
    // インデクサの実装
    private int[] _array = new int[10];
    public partial int this[int index]
    {
        get => _array[index];
        set => _array[index] = value;
    }
}

var c = new C();
c.Name = "Tom";
Console.WriteLine("{0}", c.Name);		// Tom
c[0] = 100;
Console.WriteLine("{0}", c[0]);			// 100