C#の構造体：値型の定義と活用を徹底解説

C#において、構造体（struct）は値型のデータ型です。関連するさまざまなデータ型のデータを1つの変数で保持するのに役立ちます。構造体を作成するにはstructキーワードを使用します。

構造体はレコードを表現するために使用されます。例えば、図書館の本を管理する場合、以下の属性を追跡したいかもしれません。

• タイトル（Title）
• 著者（Author）
• 主題（Subject）
• 書籍ID（Book ID）

構造体の定義

構造体を定義するにはstructステートメントを使用します。これは、プログラムで複数のメンバーを持つ新しいデータ型を定義します。

Book構造体の宣言例

struct Books {
    public string title;
    public string author;
    public string subject;
    public int book_id;
}

構造体の使用例

using System;

struct Books {
    public string title;
    public string author;
    public string subject;
    public int book_id;
}

public class TestStructure {
    public static void Main(string[] args) {
        Books Book1;  // Book1をBook型で宣言
        Books Book2;  // Book2をBook型で宣言
        
        // 書籍1の仕様
        Book1.title = "C Programming";
        Book1.author = "Nuha Ali";
        Book1.subject = "C Programming Tutorial";
        Book1.book_id = 6495407;
        
        // 書籍2の仕様
        Book2.title = "Telecom Billing";
        Book2.author = "Zara Ali";
        Book2.subject = "Telecom Billing Tutorial";
        Book2.book_id = 6495700;
        
        // 書籍1の情報表示
        Console.WriteLine("Book 1 title : {0}", Book1.title);
        Console.WriteLine("Book 1 author : {0}", Book1.author);
        Console.WriteLine("Book 1 subject : {0}", Book1.subject);
        Console.WriteLine("Book 1 book_id : {0}", Book1.book_id);
        
        // 書籍2の情報表示
        Console.WriteLine("Book 2 title : {0}", Book2.title);
        Console.WriteLine("Book 2 author : {0}", Book2.author);
        Console.WriteLine("Book 2 subject : {0}", Book2.subject);
        Console.WriteLine("Book 2 book_id : {0}", Book2.book_id);
        Console.ReadKey();
    }
}

実行結果：

Book 1 title : C Programming
Book 1 author : Nuha Ali
Book 1 subject : C Programming Tutorial
Book 1 book_id : 6495407
Book 2 title : Telecom Billing
Book 2 author : Zara Ali
Book 2 subject : Telecom Billing Tutorial
Book 2 book_id : 6495700

C#構造体の特徴

C#の構造体は、従来のCやC++の構造体とは大きく異なります。主な特徴は以下の通りです。

• メソッド、フィールド、インデクサ、プロパティ、演算子メソッド、イベントを持てる
• コンストラクタを定義できるが、デストラクタは定義できない。デフォルトコンストラクタ（引数なし）は自動的に定義され、変更不可
• クラスとは異なり、構造体は他の構造体やクラスを継承できない
• 構造体を他の構造体やクラスの基底として使用できない
• 1つ以上のインターフェースを実装できる
• 構造体メンバーをabstract、virtual、protectedとして指定できない
• new演算子で作成すると適切なコンストラクタが呼ばれる。クラスと異なり、newなしでもインスタンス化可能
• newを使わない場合、フィールドは未割り当て状態となり、すべてのフィールドが初期化されるまでオブジェクトは使用できない

クラス vs 構造体

特徴	クラス（class）	構造体（struct）
型の種類	参照型	値型
継承	サポート（単一継承）	サポートしない（インターフェース実装のみ）
デフォルトコンストラクタ	定義可能	定義不可（自動生成）
null許容	デフォルトで許容	Nullable<T>でのみ許容
メモリ配置	ヒープ	スタック（またはインライン）
コピー時の挙動	参照コピー	値コピー（ディープコピー）

メソッドを持つ構造体の例（書き換え版）

using System;

struct Books {
    private string title;
    private string author;
    private string subject;
    private int book_id;
    
    public void GetValues(string t, string a, string s, int id) {
        title = t;
        author = a;
        subject = s;
        book_id = id;
    }
    
    public void Display() {
        Console.WriteLine("Title : {0}", title);
        Console.WriteLine("Author : {0}", author);
        Console.WriteLine("Subject : {0}", subject);
        Console.WriteLine("Book_id : {0}", book_id);
    }
}

public class TestStructure {
    public static void Main(string[] args) {
        Books Book1 = new Books();
        Books Book2 = new Books();
        
        Book1.GetValues("C Programming", "Nuha Ali", "C Programming Tutorial", 6495407);
        Book2.GetValues("Telecom Billing", "Zara Ali", "Telecom Billing Tutorial", 6495700);
        
        Book1.Display();
        Book2.Display();
        Console.ReadKey();
    }
}

readonly struct と ref struct（C# 7.2以降）

• readonly struct - 不変な構造体を定義。すべてのフィールドがreadonlyでなければならない
• ref struct - スタックのみに割り当てられる構造体（Span<T>など）。ヒープに逃げないことを保証

readonly structの例

readonly struct Point3D {
    public double X { get; }
    public double Y { get; }
    public double Z { get; }
    
    public Point3D(double x, double y, double z) {
        X = x; Y = y; Z = z;
    }
    
    public double DistanceFromOrigin => Math.Sqrt(X*X + Y*Y + Z*Z);
}

構造体を使用すべきケース

• 小さなデータ構造（目安：16バイト以下）
• 主にデータを保持し、振る舞いが少ない
• 頻繁に作成/破棄され、ガベージコレクションの負荷を減らしたい
• 値のセマンティクス（コピー時の独立性）が必要
• プリミティブ型のような振る舞いを期待される

ベストプラクティス

• 構造体はreadonlyにして不変性を保つよう心がける
• 大きな構造体は避ける（コピーのコストが高いため）
• ボックス化（boxing）を避けるため、インターフェース実装時はジェネリック制約を活用
• Equals/GetHashCodeをオーバーライドして値ベースの等価性を正しく実装する
• パブリックフィールドではなくプロパティを使用してカプセル化を保つ