【C# LINQ】Zipって知ってる？Zipメソッドの5つの活用方法

こんにちは！

最近のC#開発において、LINQは欠かせない存在となっています。その中でも、複数のシーケンスを1つにまとめる際に便利な「Zipメソッド」。

Zipって具体的に何ができるの？

どんなときに使えば良いんだろう？

他の方法と比べてどんな利点があるの？

こういった疑問をお持ちの方も多いのではないでしょうか？

この記事では、C#のLINQにおけるZipメソッドについて、基本的な使い方から具体的な活用例まで、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。

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LINQのZipメソッドについて詳しく知りたい
複数のコレクションを効率的に処理する方法を探している
C#でよりエレガントなコードを書きたい
LINQの活用方法をより深く理解したい

この記事を読めば、Zipメソッドの使い方が分かるだけでなく、具体的なシーンでの活用方法も理解できるようになりますよ。

Contents

Zipメソッドとは？
Zipメソッドの基本構文と例
Zipメソッドを使った具体的な例
Zipメソッドを使う際の注意点
Zipメソッドの代替方法
まとめ

Zipメソッドとは？

Zipメソッドは、LINQで提供される拡張メソッドの1つです。2つのシーケンス（配列やリストなど）を、要素ごとにペアにして新しいシーケンスを生成する機能を持っています。

例えば、次のような2つの配列があるとします。


string[] names = { "Alice", "Bob", "Charlie" };
int[] ages = { 25, 30, 35 };

これらをZipメソッドで組み合わせることで、名前と年齢のペアを簡単に作ることができます。


var people = names.Zip(ages, (name, age) => $"{name} ({age}歳)");
// 結果: "Alice (25歳)", "Bob (30歳)", "Charlie (35歳)"

Zipメソッドの特徴は、以下のようなものがあります。

2つのシーケンスを同時に処理できる
従来のforeachループを使う方法と比べて、コードがシンプルになります。

要素数が異なる場合は短い方に合わせる
例えば、一方が3要素、もう一方が5要素の場合、結果は3要素になります。

遅延評価
LINQの他のメソッドと同様に、実際にデータが必要になるまで処理は実行されません。

Zipメソッドの基本構文と例

Zipメソッドの基本的な構文は次のようになっています。


public static IEnumerable<TResult> Zip<TFirst, TSecond, TResult>(
    this IEnumerable<TFirst> first,
    IEnumerable<TSecond> second,
    Func<TFirst, TSecond, TResult> resultSelector)

この構文の各部分については以下の表を参考にしてください。

TFirst	1つ目のシーケンスの要素の型
TSecond	2つ目のシーケンスの要素の型
TResult	結果として生成される要素の型
resultSelector	2つの要素を組み合わせて新しい要素を生成する関数

具体的な使用例を見ていきましょう。


// 基本的な使用例
List<string> fruits = new List<string> { "りんご", "バナナ", "オレンジ" };
List<int> prices = new List<int> { 100, 200, 150 };

var fruitPrices = fruits.Zip(prices, (fruit, price) => new {
    Name = fruit,
    Price = price
});

foreach (var item in fruitPrices)
{
    Console.WriteLine($"{item.Name}: {item.Price}円");
}

この例では、果物名とその価格をペアにして新しいオブジェクトを生成しています。

Zipメソッドを使った具体的な例

ここでは、Zipメソッドの具体的な活用例を5つ紹介します。それぞれの例で、どのような場面で使えるのか、なぜZipメソッドが適しているのかを説明していきます。

座標データの処理

X座標とY座標が別々の配列で管理されている場合、これらを組み合わせてPoint型のオブジェクトを生成する例です。


int[] xCoords = { 10, 20, 30, 40 };
int[] yCoords = { 50, 60, 70, 80 };

var points = xCoords.Zip(yCoords, (x, y) => new Point(x, y));

foreach (var point in points)
{
    Console.WriteLine($"X: {point.X}, Y: {point.Y}");
}

データの差分計算

連続するデータの差分を計算する例です。例えば、株価の日々の変動を計算する場合に使用できます。


decimal[] prices = { 100.0m, 105.0m, 103.0m, 107.0m };
var priceChanges = prices.Zip(prices.Skip(1),
    (previous, current) => current - previous);

foreach (var change in priceChanges)
{
    Console.WriteLine($"価格変動: {change:+#.##;-#.##}");
}

複数の配列の加重平均計算

複数の値とその重みを組み合わせて、加重平均を計算する例です。


double[] values = { 80.0, 90.0, 75.0 };
double[] weights = { 0.3, 0.5, 0.2 };

var weightedSum = values.Zip(weights, (v, w) => v * w).Sum();
var totalWeight = weights.Sum();
var weightedAverage = weightedSum / totalWeight;

Console.WriteLine($"加重平均: {weightedAverage:F2}");

テストデータの入出力ペア作成

テストケースの入力と期待される出力を組み合わせる例です。


string[] inputs = { "test", "hello", "world" };
string[] expectedOutputs = { "TEST", "HELLO", "WORLD" };

var testCases = inputs.Zip(expectedOutputs, (input, expected) => new
{
    Input = input,
    Expected = expected
});

foreach (var test in testCases)
{
    var actual = test.Input.ToUpper();
    Console.WriteLine($"入力: {test.Input}");
    Console.WriteLine($"期待値: {test.Expected}");
    Console.WriteLine($"実際の値: {actual}");
    Console.WriteLine($"テスト結果: {actual == test.Expected}\n");
}

複数のリストの要素を組み合わせたオブジェクト生成

複数のリストからオブジェクトを生成する例です。例えば、CSVファイルから読み込んだデータを処理する場合などに使用できます。


List<string> names = new List<string> { "田中", "鈴木", "佐藤" };
List<int> ages = new List<int> { 25, 30, 35 };
List<string> departments = new List<string> { "営業部", "技術部", "管理部" };

var employees = names
    .Zip(ages, (name, age) => new { name, age })
    .Zip(departments, (person, dept) => new Employee
    {
        Name = person.name,
        Age = person.age,
        Department = dept
    });

foreach (var employee in employees)
{
    Console.WriteLine($"名前: {employee.Name}, " +
                      $"年齢: {employee.Age}, " +
                      $"部署: {employee.Department}");
}

public class Employee
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
    public string Department { get; set; }
}

Zipメソッドを使う際の注意点

Zipメソッドを使用する際は、以下の点に注意が必要です。

シーケンスの長さが異なる場合の動作

Zipメソッドは、2つのシーケンスの長さが異なる場合、短い方のシーケンスの長さに合わせて処理を行います。長い方のシーケンスの余分な要素は無視されます。


int[] numbers1 = { 1, 2, 3, 4, 5 };
int[] numbers2 = { 10, 20, 30 };

var result = numbers1.Zip(numbers2, (n1, n2) => $"{n1} - {n2}");
// 結果: "1 - 10", "2 - 20", "3 - 30"のみ
// 4と5は使用されない

この動作は意図的なものですが、予期せぬバグの原因になることがあります。特に、データの整合性が重要な場合は、事前に両方のシーケンスの長さが同じであることを確認することをお勧めします。

パフォーマンスへの影響

Zipメソッドは遅延評価されるため、一般的には効率的です。ただし、大量のデータを扱う場合は、メモリ使用量に注意が必要です。


// メモリ効率の良い使用例
var largeSequence1 = Enumerable.Range(0, 1000000);
var largeSequence2 = Enumerable.Range(0, 1000000);

// データは必要になるまで生成されない
var zipped = largeSequence1.Zip(largeSequence2, (n1, n2) => n1 + n2);

// 実際にデータが必要になった時点で処理が行われる
foreach (var sum in zipped)
{
    // 処理
}

nullチェックの重要性

Zipメソッドは、いずれかのシーケンスがnullの場合、ArgumentNullExceptionをスローします。そのため、nullチェックを適切に行うことが重要です。


public static IEnumerable<TResult> SafeZip<T1, T2, TResult>(
    IEnumerable<T1> first,
    IEnumerable<T2> second,
    Func<T1, T2, TResult> resultSelector)
{
    if (first == null) throw new ArgumentNullException(nameof(first));
    if (second == null) throw new ArgumentNullException(nameof(second));
    if (resultSelector == null) throw new ArgumentNullException(nameof(resultSelector));

    return first.Zip(second, resultSelector);
}

Zipメソッドの代替方法

Zipメソッドの代わりに使用できる方法をいくつか紹介します。状況に応じて最適な方法を選択することが重要です。

foreachループを使用する方法

最も基本的な代替方法は、foreachループを使用することです。


var fruits = new List<string> { "りんご", "バナナ", "オレンジ" };
var prices = new List<int> { 100, 200, 150 };
var results = new List<string>();

var count = Math.Min(fruits.Count, prices.Count);
for (int i = 0; i < count; i++)
{
    results.Add($"{fruits[i]}: {prices[i]}円");
}

この方法は、以下の場合に適しています。

より詳細な制御が必要な場合
インデックスの値自体が必要な場合
デバッグがしやすいコードが必要な場合

SelectManyを使用する方法

より複雑な結合が必要な場合は、SelectManyを使用することができます。


var names = new List<string> { "田中", "鈴木" };
var scores = new List<int> { 80, 90 };

var results = names.SelectMany(
    name => scores.Select(
        score => new { Name = name, Score = score }
    )
);

この方法は、以下の場合に適しています。

クロス結合が必要な場合
より複雑な結合条件が必要な場合
1対多の関係を扱う場合

Joinを使用する方法

キーに基づいて2つのシーケンスを結合する場合は、Joinメソッドが適しています。


var users = new List<(int Id, string Name)>
{
    (1, "田中"),
    (2, "鈴木")
};

var orders = new List<(int UserId, string Product)>
{
    (1, "本"),
    (2, "ペン")
};

var results = users.Join(
    orders,
    user => user.Id,
    order => order.UserId,
    (user, order) => new {
        Name = user.Name,
        Product = order.Product
    }
);

この方法は、以下の場合に適しています。

キーに基づいた結合が必要な場合
内部結合（inner join）が必要な場合
データベースのような結合操作が必要な場合

パラレルな処理が必要な場合

並列処理が必要な場合は、Parallelクラスを使用することができます。


var numbers1 = Enumerable.Range(1, 1000000);
var numbers2 = Enumerable.Range(1, 1000000);
var results = new List<int>();

Parallel.ForEach(
    numbers1.Zip(numbers2, (n1, n2) => n1 + n2),
    sum => {
        lock (results)
        {
            results.Add(sum);
        }
    }
);

この方法は、以下の場合に適しています。