【C# LINQ】SelectManyでネストされたコレクションを平坦化する方法

こんにちは！

C#でネストした配列やリストを扱っていると、処理が複雑になってコードが読みにくくなることはありませんか？

SelectManyってどう使うの？

SelectとSelectManyの違いは？

入れ子になったリストの処理ってどうすればいい？

このような悩みを抱えている方も多いのではないでしょうか？

この記事では、SelectManyメソッドの基本的な使い方から具体的な活用方法、さらにはパフォーマンスの考慮点まで詳しくご紹介します。

この記事は次のような人におすすめです。

この記事はこんな人におすすめ！

C#でコレクションの処理に悩んでいる
SelectManyの使い方をマスターしたい
入れ子になったリストを効率的に処理したい
LINQの理解をより深めたい

この記事を読めば、SelectManyの使い方が分かるだけでなく、具体的なコードの書き方も理解できるようになりますよ！
さらに、パフォーマンスを考慮した使い方のコツもお伝えしています。

「C#でより効率的なコードを書きたい方」「入れ子のコレクション処理で悩んでいる方」は、ぜひ参考にしてください。

それでは、順を追って詳しく見ていきましょう！

Contents

そもそもSelectManyとは？
SelectとSelectManyの違い
SelectManyの基本的な使い方
- 文字列の分割と平坦化
- オブジェクトの関連データの取得
SelectManyの具体的な活用例
パフォーマンスと注意点
まとめ

そもそもSelectManyとは？

まずは、SelectManyについて簡単におさらいしておきましょう。

SelectManyは、LINQで提供されているメソッドの一つで、コレクションの中のコレクション（入れ子になったコレクション）を平坦化して処理するために使用します。主な用途としては、複数のリストを1つのリストにまとめる、データベースの1対多の関係を処理する、テキストの行を単語に分割するなどが挙げられます。

例えば、学生のリストがあり、各学生が複数の科目を履修しているケースを考えてみましょう。この場合、以下のようなデータ構造になります。

public class Student
{
    public string Name { get; set; }
    public List<string> Subjects { get; set; }
}

var students = new List<Student>
{
    new Student { Name = "田中", Subjects = new List<string> { "数学", "英語" } },
    new Student { Name = "鈴木", Subjects = new List<string> { "国語", "理科", "社会" } }
};

このような入れ子構造のデータから、全ての科目のリストを取得したい場合、SelectManyを使うと簡単に実現できます。

var allSubjects = students.SelectMany(s => s.Subjects);
// 結果：["数学", "英語", "国語", "理科", "社会"]

SelectManyの大きな特徴は、入れ子になったコレクションを1つの平坦なコレクションに変換できることです。これにより、複雑なデータ構造をシンプルに扱うことができます。

SelectとSelectManyの違い

SelectとSelectManyは、一見似ているように見えますが、その動作は大きく異なります。ここでは、両者の違いを具体的に見ていきましょう。

	Select	SelectMany
戻り値	要素ごとに1つの結果を返す	要素ごとに0個以上の結果を返す
コレクションの扱い	入れ子構造のまま	平坦化して1つのコレクションに
主な用途	要素の変換	コレクションの平坦化
処理の複雑さ	シンプル	やや複雑

これらの違いを、具体的なコード例で見てみましょう。

// 家族構成のデータ
var families = new[]
{
    new { Name = "田中家", Members = new[] { "父", "母", "子" } },
    new { Name = "佐藤家", Members = new[] { "父", "母" } },
    new { Name = "鈴木家", Members = new[] { "父", "母", "子", "娘" } }
};

// Selectの場合：各家族のメンバー配列を取得
var membersArrays = families.Select(f => f.Members);
// 結果：配列の配列になる
// [
//   ["父", "母", "子"],
//   ["父", "母"],
//   ["父", "母", "子", "娘"]
// ]

// SelectManyの場合：全家族のメンバーを1つの配列に平坦化
var allMembers = families.SelectMany(f => f.Members);
// 結果：1つの配列になる
// ["父", "母", "子", "父", "母", "父", "母", "子", "娘"]

// さらに家族名も含めて取得する場合
var membersWithFamily = families.SelectMany(
    f => f.Members,
    (family, member) => $"{family.Name}の{member}"
);
// 結果：
// ["田中家の父", "田中家の母", "田中家の子",
//  "佐藤家の父", "佐藤家の母",
//  "鈴木家の父", "鈴木家の母", "鈴木家の子", "鈴木家の娘"]

この例からわかるように、Selectは入れ子構造をそのまま保持しますが、SelectManyは入れ子を解きほぐして1つの配列に平坦化します。また、SelectManyは2つの引数を取るオーバーロードがあり、元のデータと変換後のデータを組み合わせて新しい結果を生成することもできます。

SelectManyの基本的な使い方

SelectManyの基本的な使い方を、いくつかの具体的なシナリオで見ていきましょう。

文字列の分割と平坦化

最もシンプルな使用例の一つは、文字列のリストを単語に分割するケースです。

var sentences = new[]
{
    "Hello World",
    "C# Programming",
    "LINQ is awesome"
};

var words = sentences.SelectMany(s => s.Split(' '));
// 結果：["Hello", "World", "C#", "Programming", "LINQ", "is", "awesome"]

この例では、各文字列をスペースで分割し、得られた単語を1つの配列にまとめています。SelectManyを使うことで、この処理がとても簡潔に書けます。

オブジェクトの関連データの取得

データベースの1対多の関係を模したシナリオを考えてみましょう。

public class Order
{
    public int OrderId { get; set; }
    public List<OrderDetail> Details { get; set; }
}

public class OrderDetail
{
    public string ProductName { get; set; }
    public int Quantity { get; set; }
}

var orders = new List<Order>
{
    new Order
    {
        OrderId = 1,
        Details = new List<OrderDetail>
        {
            new OrderDetail { ProductName = "りんご", Quantity = 2 },
            new OrderDetail { ProductName = "みかん", Quantity = 3 }
        }
    },
    new Order
    {
        OrderId = 2,
        Details = new List<OrderDetail>
        {
            new OrderDetail { ProductName = "バナナ", Quantity = 1 }
        }
    }
};

//すべての注文詳細を取得
var allDetails = orders.SelectMany(o => o.Details);

// 注文IDと商品名を組み合わせて取得
var orderProducts = orders.SelectMany(
    o => o.Details,
    (order, detail) => new { order.OrderId, detail.ProductName }
);

この例では、注文（Order）と注文詳細（OrderDetail）の1対多の関係を扱っています。SelectManyを使うことで、すべての注文詳細を簡単に1つのリストとして取得できます。

SelectManyの具体的な活用例

SelectManyは、様々なシーンで活用できます。ここでは、具体的なユースケースをいくつか紹介します。

ディレクトリ内のファイル検索

複数のディレクトリ内のファイルを検索する場合、SelectManyが非常に便利です。

var directories = new[]
{
    @"C:\Documents",
    @"C:\Pictures",
    @"C:\Downloads"
};

var allFiles = directories
    .SelectMany(dir => Directory.GetFiles(dir, "*.txt"))
    .Select(Path.GetFileName);

// 結果：すべてのディレクトリ内の.txtファイル名が1つの配列に

この例では、複数のディレクトリ内のテキストファイルを一度に検索し、ファイル名のリストを取得しています。SelectManyを使うことで、ディレクトリごとの結果を1つのシーケンスにまとめることができます。

データベースのクエリ結果の処理

Entity Frameworkなどを使用する場合、SelectManyは関連テーブルのデータを取得する際に特に便利です。

// 部署とその所属社員の関係
public class Department
{
    public string Name { get; set; }
    public List<Employee> Employees { get; set; }
}

public class Employee
{
    public string Name { get; set; }
    public string Position { get; set; }
}

var departments = new List<Department>
{
    new Department
    {
        Name = "営業部",
        Employees = new List<Employee>
        {
            new Employee { Name = "田中", Position = "マネージャー" },
            new Employee { Name = "鈴木", Position = "営業" }
        }
    },
    new Department
    {
        Name = "開発部",
        Employees = new List<Employee>
        {
            new Employee { Name = "佐藤", Position = "エンジニア" },
            new Employee { Name = "山田", Position = "リードエンジニア" }
        }
    }
};

// マネージャー職の社員を部署名付きで取得
var managers = departments.SelectMany(
    d => d.Employees,
    (dept, emp) => new { DepartmentName = dept.Name, EmployeeName = emp.Name, emp.Position }
)
.Where(x => x.Position.Contains("マネージャー"));

この例では、部署と社員の1対多の関係をSelectManyで処理し、特定の役職の社員を部署情報付きで取得しています。

複雑な階層構造の平坦化

3階層以上の深い階層構造を持つデータも、SelectManyを使って効率的に処理できます。

public class School
{
    public string Name { get; set; }
    public List<Class> Classes { get; set; }
}

public class Class
{
    public string Name { get; set; }
    public List<Student> Students { get; set; }
}

public class Student
{
    public string Name { get; set; }
    public List<int> Scores { get; set; }
}

var schools = new List<School>
{
    new School
    {
        Name = "A高校",
        Classes = new List<Class>
        {
            new Class
            {
                Name = "1-A",
                Students = new List<Student>
                {
                    new Student
                    {
                        Name = "田中",
                        Scores = new List<int> { 80, 85, 90 }
                    },
                    new Student
                    {
                        Name = "佐藤",
                        Scores = new List<int> { 75, 95, 85 }
                    }
                }
            },
            new Class
            {
                Name = "1-B",
                Students = new List<Student>
                {
                    new Student
                    {
                        Name = "山田",
                        Scores = new List<int> { 95, 85, 80 }
                    },
                    new Student
                    {
                        Name = "鈴木",
                        Scores = new List<int> { 70, 80, 90 }
                    }
                }
            }
        }
    }
};

// すべての成績を平坦化して取得
var allScores = schools
    .SelectMany(s => s.Classes)
    .SelectMany(c => c.Students)
    .SelectMany(st => st.Scores);

// クラスごとの生徒名を取得
var studentsInClasses = schools
    .SelectMany(s => s.Classes)
    .Select(c => new { c.Name, StudentNames = string.Join(", ", c.Students.Select(st => st.Name)) });
// 結果：[
//   { Name = "1-A", StudentNames = "田中, 佐藤" },
//   { Name = "1-B", StudentNames = "山田, 鈴木" }
// ]

// 全生徒の平均点を計算
var studentAverages = schools
    .SelectMany(s => s.Classes)
    .SelectMany(c => c.Students)
    .Select(st => new { st.Name, Average = st.Scores.Average() });
// 結果：[
//   { Name = "田中", Average = 85.0 },
//   { Name = "佐藤", Average = 85.0 },
//   { Name = "山田", Average = 86.7 },
//   { Name = "鈴木", Average = 80.0 }
// ]

このように、SelectManyを連鎖させることで、どんなに深い階層構造でも簡単に平坦化できます。

パフォーマンスと注意点

SelectManyは非常に便利なメソッドですが、使用する際はいくつかの点に注意が必要です。

メモリ使用量の考慮

SelectManyは、結果として1つの大きなコレクションを生成します。入力のサイズが大きい場合、メモリ使用量に注意が必要です。

例えば、以下のようなケースでは注意が必要です。

// 大量のデータを生成する例
var hugeResult = Enumerable.Range(0, 1000000)
    .SelectMany(x => Enumerable.Range(0, 1000));

このような場合、以下のような対策を考慮しましょう。

遅延実行を活用して、必要な部分だけを処理する
ページング処理を導入して、一度に処理するデータ量を制限する
Take/Skipを使用して、必要な範囲のデータだけを取得する

クエリの最適化

データベースクエリでSelectManyを使用する場合、生成されるSQLに注意を払う必要があります。以下のような点に気をつけましょう。

不必要なJOINの回避して、必要なデータだけを結合する
インデックスの活用して、結合に使用するカラムにはインデックスを設定する
必要なタイミングまでクエリの実行を遅延させる

// 最適化の例
var optimizedQuery = departments
    .Where(d => d.Name.StartsWith("営業")) // 先にフィルタリング
    .SelectMany(d => d.Employees.Take(10)); // 必要な数だけ取得

パフォーマンス改善のポイント

SelectManyを使用する際の具体的なパフォーマンス改善ポイントをいくつか紹介します。

早期フィルタリング

SelectManyの前にWhereを使用し、処理対象を減らす
不要なデータの展開を避ける

キャッシュの活用

頻繁に使用する結果はキャッシュする
中間結果を必要に応じてToListで具象化する

非同期処理の活用

I/O処理が含まれる場合はSelectManyAsyncを使用する
大量データの処理は非同期で行う

// パフォーマンスを考慮した実装例
public async Task<IEnumerable<OrderDetail>> GetOrderDetailsAsync(
    IEnumerable<Order> orders)
{
    // 必要なデータだけを非同期で取得
    var details = await orders
        .Where(o => o.Status == OrderStatus.Active)
        .SelectMany(o => o.Details)
        .Where(d => d.Quantity > 0)
        .ToListAsync();

    return details;
}

キャリア形成/給与還元
ひとつひとつ真摯に向き合う企業