統合言語クエリ( LINQ、発音は「リンク」) は、.NET 言語にネイティブ データクエリ機能を追加するMicrosoft .NET Frameworkコンポーネントであり、2007 年に.NET Framework 3.5の主要部分として最初にリリースされました。

LINQ は、 SQL文に似たクエリ式の追加によって言語を拡張し、配列、列挙可能クラス、XMLドキュメント、リレーショナル データベース、およびサードパーティのデータ ソースからデータを簡単に抽出して処理するために使用できます。 クエリ式を任意の計算を読み取り可能に構成するための一般的なフレームワークとして使用するその他の用途には、イベント ハンドラー[1]またはモナドパーサー[2]の構築が含まれます。また、一連のメソッド名 (標準クエリ演算子または標準シーケンス演算子と呼ばれる) と、コンパイラがクエリ構文式をこれらのメソッド名、ラムダ式、および匿名型を使用してFluent スタイルの式(Microsoft ではメソッド構文と呼ばれる)に変換するために使用する変換規則も定義します。

建築

標準クエリ演算子 API

以下では、コレクションを扱うという応用に基づいて演算子について説明します。多くの演算子は、他の関数を引数として受け取ります。これらの関数は、名前付きメソッドまたは匿名関数の形で提供される場合があります。

LINQで定義されたクエリ演算子のセットは、標準クエリ演算子（SQO） APIとしてユーザーに公開されています。このAPIでサポートされているクエリ演算子は次のとおりです。[3]

選択
Select演算子は、コレクションに対して射影を行い、要素の興味深い側面を選択します。ユーザーは、データメンバーを射影する任意の関数を、名前付き式またはラムダ式の形式で指定します。この関数は、デリゲートとして演算子に渡されます。これにより、高階関数Mapが実装されます。
どこ
Where演算子は、コレクション内の各オブジェクトに対して評価される述語ルールのセットを定義できます。ルールに一致しないオブジェクトは除外されます。述語はデリゲートとして演算子に渡されます。これにより、高階関数Filterが実装されます。
複数選択
ユーザー定義のコレクション要素からコレクションへのマッピングでは、意味的に2つのステップが実行されます。まず、すべての要素が対応するコレクションにマッピングされます。次に、最初のステップの結果を1レベルフラット化します。SelectとWhereは、シングルトンコレクションと空コレクションが利用可能であれば、どちらもSelectManyで実装できます。上記の変換規則により、LINQプロバイダーは他の2つの演算子を提供することが必須となります。これにより、bind高階関数が実装されます。
合計 / 最小 / 最大 / 平均

これらの演算子は、コレクション内の各要素から特定の数値を取得し、それを用いてコレクション内のすべての要素の合計、最小値、最大値、または平均値を求める関数をオプションで受け取ります。オーバーロードされたバージョンは関数を取らず、ラムダ式として単位元が与えられたかのように動作します。

集計

一般化されたSum / Min / Max演算子です。この演算子は、2つの値をどのように組み合わせて中間値または最終値を生成するかを指定する関数を受け取ります。オプションで開始値を指定することにより、集計結果の型を任意に指定できます。さらに、集計結果を別の値に変換する終了関数も指定できます。これは、高階関数 Foldを実装します。

参加 / グループ参加
Join 演算子は、各コレクション内のオブジェクトの一致するキーに基づいて、2 つのコレクション間で内部結合を実行します。この演算子は、各コレクションに 1 つずつ、2 つの関数をデリゲートとして受け取ります。これらの関数は、コレクション内の各オブジェクトに対して実行され、オブジェクトからキーを抽出します。また、2 つの一致した要素からどのデータ要素を使用して結果オブジェクトを作成するかをユーザーが指定するための別のデリゲートも受け取ります。GroupJoin 演算子はグループ結合を実行します。Select 演算子と同様に、結合の結果は、ソースオブジェクトの両方の型のすべてのデータメンバー、またはそのサブセットを含む、異なるクラスのインスタンス化です。
取る / 取る間
Take 演算子はコレクションから最初の n 個のオブジェクトを選択しますが、述語を取る TakeWhile 演算子は述語に一致するオブジェクトを選択します (一致しない最初のオブジェクトで停止します)。
スキップ / スキップ中
Skip 演算子と SkipWhile 演算子は Take 演算子と TakeWhile 演算子の補完演算子で、コレクションの最初の n 個のオブジェクト、または述語に一致するオブジェクト (SkipWhile の場合) をスキップします。
種類
OfType 演算子は、特定のタイプの要素を選択するために使用されます。
連結
Concat 演算子は2 つのコレクションを連結します。
順序/その後
OrderBy演算子は、コレクション内の要素をキーに基づいて並べ替える際に使用します。デフォルトの並べ替え順序は昇順です。昇順を逆にするには、OrderByDescending演算子を使用します。ThenByとThenByDescendingは、要素のその後の並べ替え順序を指定します。オブジェクトからキー値を抽出する関数は、ユーザーがデリゲートとして指定します。
逆行する
Reverse 演算子はコレクションを反転します。
グループ化
IGrouping<Key, Values>GroupBy演算子は、キー値を抽出し、各キー値に対応するオブジェクトのコレクションを返す関数を受け取ります。これらのIGroupingオブジェクトは、特定のキー値を持つすべてのオブジェクトを列挙するために使用できます。
明確な
Distinct演算子は、コレクションからオブジェクトの重複インスタンスを削除します。この演算子のオーバーロードは、重複の基準を定義する等価比較オブジェクトを受け取ります。
結合 / 交差 / 除外
これらの演算子は、それぞれ2つのシーケンスの和集合、積集合、差集合の演算を実行するために使用されます。それぞれに、要素の等価性基準を定義する等価性比較オブジェクトを受け取るオーバーロードがあります。
シーケンスイコール
SequenceEqual 演算子は、2 つのコレクション内のすべての要素が等しく、同じ順序になっているかどうかを判断します。
ファースト / ファーストまたはデフォルト / ラスト / ラストまたはデフォルト
これらの演算子は述語を取ります。First演算子は、述語が真となる最初の要素を返します。一致する要素がない場合は例外をスローします。FirstOrDefault演算子はFirst演算子と似ていますが、述語に一致する要素がない場合は、要素の型のデフォルト値（通常はnull参照）を返します。last演算子は、述語に一致する最後の要素を取得します。一致する要素がない場合は例外をスローします。LastOrDefault演算子は、一致する要素がない場合はデフォルトの要素値を返します。
シングル
Single演算子は述語を受け取り、述語に一致する要素を返します。述語に一致する要素が1つもない場合、または1つ以上の要素が述語に一致する場合は、例外がスローされます。
シングルまたはデフォルト
SingleOrDefault演算子は述語を受け取り、述語に一致する要素を返します。述語に一致する要素が複数ある場合は例外がスローされます。述語に一致する要素がない場合は、デフォルト値が返されます。
要素At
ElementAt 演算子は、コレクション内の指定されたインデックスにある要素を取得します。
いずれか / すべて
Any演算子は、コレクション内に述語に一致する要素があるかどうかを確認します。要素を選択するのではなく、少なくとも1つの要素が一致する場合にtrueを返します。述語を指定せずにany演算子を呼び出すと、コレクションが空でない場合trueを返します。All演算子は、すべての要素が述語に一致する場合にtrueを返します。
含む
Contains 演算子は、コレクションに指定された要素が含まれているかどうかを確認します。
カウント
Count演算子は、指定されたコレクション内の要素数をカウントします。述語を取るオーバーロードは、述語に一致する要素数をカウントします。

標準クエリ演算子APIでは、コレクションを別の型に変換する演算子も指定されています。[3]

  • AsEnumerable: コレクションを静的に型付けしますIEnumerable<T>。[4]
  • AsQueryable: コレクションを として静的に型付けしますIQueryable<T>。
  • T[]ToArray:コレクションから配列を作成します。
  • ToList:List<T>コレクションから を作成します。
  • ToDictionary:Dictionary<K, T>キー K でインデックス付けされたコレクションからを作成します。ユーザー指定の射影関数によって各要素からキーが抽出されます。
  • ToLookup:Lookup<K, T>キー K でインデックス付けされたコレクションからを作成します。ユーザー指定の投影関数によって各要素からキーが抽出されます。
  • キャスト:各要素を 型 にキャストすることで、非ジェネリックIEnumerableコレクションを 型 のいずれかに変換します。または、各要素を 型 から型にキャストすることで、ジェネリックを別のジェネリックに変換します。指定された型にキャストできない要素がある場合は、例外がスローされます。IEnumerable<T>TIEnumerable<T>IEnumerable<R>TR
  • OfType: 非ジェネリックIEnumerableコレクションを のいずれかに変換します。あるいは、各要素を 型 から型にキャストすることで、IEnumerable<T>ジェネリックをIEnumerable<T>別のジェネリックに変換します。どちらの場合も、ターゲット型へのキャストに成功した要素のサブセットのみが対象となります。例外はスローされません。IEnumerable<R>TR

言語拡張

LINQは主に.NET Framework 3.5のライブラリとして実装されていますが、クエリを第一級言語構成要素とし、クエリ記述のための糖衣構文を提供するオプションの言語拡張も定義しています。これらの言語拡張は、 C# 3.0、[5] 、  VB 9.0、F# [6]、Oxygeneで最初に実装され、 Nemerleなどの他の言語でも 予備的なサポートが発表されています。言語拡張には以下が含まれます。[7]

  • クエリ構文: 言語はネイティブに認識できるクエリ構文を自由に選択できます。これらの言語キーワードは、コンパイラによって適切なLINQメソッド呼び出しに変換される必要があります。
  • 暗黙的に型付けされた変数：この機能強化により、型を指定せずに変数を宣言できるようになります。C# 3.0 [5] : 367 および Oxygene言語ではvar、キーワードを使用して変数を宣言します。VB9.0 では、Dim型宣言なしのキーワードで同じことが実現されます。このようなオブジェクトは依然として強い型付けが行われます。これらのオブジェクトについては、コンパイラが型推論によって変数の型を推論します。これにより、中間変数の型を宣言することなく、クエリの結果を指定および定義できます。
  • 匿名型：匿名型を使用すると、データメンバー宣言のみを含むクラスをコンパイラによって推論できます。これは、結果の型が元のオブジェクトの型と異なる可能性があるSelect演算子やJoin演算子で役立ちます。コンパイラは型推論を使用してクラスに含まれるフィールドを決定し、それらのフィールドに対するアクセサーとミューテーターを生成します。
  • オブジェクト初期化子: オブジェクト初期化子を使用すると、Select 演算子と Join 演算子に必要な、単一のスコープ内でオブジェクトを作成および初期化できます。
  • ラムダ式：ラムダ式を使用すると、述語やその他の射影関数を簡潔な構文でインライン記述でき、完全な語彙閉包をサポートします。ラムダ式は、クエリプロバイダーに応じて、デリゲートまたは式ツリーとしてパラメーターにキャプチャされます。

SomePropertyたとえば、 10未満 のコレクション内のすべてのオブジェクトを選択するクエリでは、

IEnumerable < MyObject > SomeCollection = /* ここに何か */   

IEnumerable < MyObject > results = from c in SomeCollection where c . SomeProperty < 10 select new { c . SomeProperty , c . OtherProperty };      
                                   
                                   

foreach ( MyObject result in results ) { Console.WriteLine ( result ) ; }​

変数result、c、resultsの型はすべて、最終的に使用されるメソッドのシグネチャに従ってコンパイラによって推論されます。メソッドの選択基準は、クエリ式フリーの翻訳 result によって形成されます。 

IEnumerble < MyObject > results = SomeCollection.Where ( c = > c.SomeProperty < 10 ) .Select ( c = > new { c.SomeProperty , c.OtherProperty } ) ;​​​​​  
     
            
            

結果.ForEach ( x => { Console.WriteLine ( x.ToString ( ) ) ; } )

LINQプロバイダー

C#3.0仕様では、クエリ式パターンに加え、LINQ式からLINQ式を含まないC# 3.0のサブセットの式への変換規則が定義されています。このように定義された変換は実際には型指定されておらず、ラムダ式がデリゲートまたは式ツリーとして解釈可能であることに加え、インターフェースの一部をLINQ式句として公開したいライブラリにとって非常に柔軟な実装が可能になります。例えば、LINQ to ObjectsはIEnumerable<T>s とデリゲートで動作します が、 LINQ to SQLは式ツリーを使用します。

式ツリーはLINQ拡張メカニズムの中核を成し、これによりLINQは様々なデータソースに適応できます。式ツリーはLINQプロバイダーに引き渡されます。LINQプロバイダーは、データソース固有の実装であり、データソースで使用できるようにLINQクエリを適応させます。LINQプロバイダーは、必要に応じてクエリに含まれる式ツリーを分析し、クエリの実行に必要な要素を生成します。これは、SQLフラグメントの場合もあれば、操作可能なデータとして表現された全く異なるコード形式である場合もあります。LINQには、メモリ内オブジェクトコレクション、Microsoft SQL Serverデータベース、ADO.NETデータセット、XMLドキュメント用のLINQプロバイダーが付属しています。これらの異なるプロバイダーは、LINQの異なるフレーバーを定義します。

LINQ to Objects

LINQ to Objectsプロバイダーは、LINQのローカルクエリ実行エンジンを使用して、メモリ内コレクションに使用されます。このプロバイダーによって生成されるコードは、Sequenceパターンで定義されている標準クエリ演算子の実装を参照し、IEnumerable<T>コレクションをローカルでクエリできるようにします。LINQ to Objectsの現在の実装では、IEnumerableのランタイム型でサポートされている場合、インターフェイス実装チェックを実行して、メンバーシップテスト、カウント、インデックス付き検索操作を高速化します。[8] [9] [10]

LINQ to XML（旧称XLINQ）

LINQ to XMLプロバイダーはXML文書をXElementオブジェクトのコレクションに変換し、標準クエリ演算子の実装の一部として提供されるローカル実行エンジンを使用してクエリを実行します。[11]

LINQ to SQL (旧称 DLINQ)

LINQ to SQL プロバイダーを使用すると、LINQ を使用してMicrosoft SQL Serverデータベース（SQL Server Compactデータベースを含む）を照会できます。SQL Server のデータはリモート サーバーに存在する可能性があり、SQL Server には独自のクエリ エンジンがあるため、LINQ to SQL は LINQ のクエリ エンジンを使用しません。代わりに、LINQ クエリをSQLクエリに変換し、SQL Server に送信して処理します。[12]ただし、SQL Server はデータをリレーショナル データとして保存し、LINQ はオブジェクトにカプセル化されたデータを扱うため、この 2 つの表現を相互にマッピングする必要があります。このため、LINQ to SQL はマッピング フレームワークも定義しています。マッピングは、データベース内のテーブルに対応するクラスを定義し、テーブル内の列のすべてまたは一部をデータ メンバーとして含めることによって行われます。[13]この対応関係は、主キーなどの他のリレーショナル モデル属性とともに、LINQ to SQL 定義属性を使用して指定されます。たとえば、 

[Table(Name="Customers")]
パブリッククラスCustomer { [Column(IsPrimaryKey = true)]パブリックint CustID ;  

     
       

     [列] 
public string CustName ; }

このクラス定義は、という名前のテーブルにマッピングされCustomers、2つのデータメンバーは2つの列に対応しています。LINQ to SQLを使用する前に、これらのクラスを定義する必要があります。Visual Studio 2008には、オブジェクト内のデータスキーマとリレーショナルドメイン間のマッピングを作成できるマッピングデザイナーが含まれています。データベーススキーマから対応するクラスを自動的に作成できるだけでなく、テーブルまたはテーブル内の列のサブセットのみを使用して別のビューを作成するための手動編集も可能です。[13]

マッピングは、DataContextサーバーへの接続文字列を受け取る によって実装され、 を生成するために使用できます。Table<T>ここで、T はデータベーステーブルがマッピングされる型です。 はTable<T>テーブル内のデータをカプセル化し、IQueryable<T>インターフェイスを実装することで式ツリーを作成し、LINQ to SQL プロバイダーがこれを処理します。クエリをT-SQLに変換し、データベースサーバーから結果セットを取得します。処理はデータベースサーバーで行われるため、述語を表すラムダ式の一部として定義されていないローカルメソッドは使用できません。ただし、サーバー上のストアドプロシージャは使用できます。結果セットへの変更はすべて追跡され、データベースサーバーに返すことができます。[13]

LINQ to DataSets

LINQ to SQLプロバイダー（上記）はMicrosoft SQL Serverデータベースでのみ動作するため、あらゆる汎用データベースをサポートするために、LINQにはLINQ to DataSetsも含まれています。LINQ to DataSetsはADO.NETを使用してデータベースとの通信を処理します。データがADO.NET DataSetsに格納されると、LINQ to DataSetsはこれらのデータセットに対してクエリを実行します。[14]

パフォーマンス

非専門家ユーザーは、LINQ to Objectsの機能や構文の微妙な違いに苦労するかもしれません。単純なLINQの実装パターンは、パフォーマンスの壊滅的な低下につながる可能性があります。[15] [16]

LINQ to XMLとLINQ to SQLのパフォーマンスは、ADO.NETと比較してユースケースによって異なります。[17] [18]

PLINQ

.NET Framework バージョン4には、LINQクエリ用の並列実行エンジンであるPLINQ（Parallel LINQ）が含まれています 。これはクラスを定義しています。このインターフェースの実装は、.NET FrameworkのSystem.Linq名前空間にあるParallelEnumerableクラスで定義された拡張メソッドを呼び出すことで、PLINQエンジンを利用できます。[19] PLINQエンジンは、クエリの一部を複数のスレッドで同時に実行できるため、より高速な結果を得ることができます。[20]ParallelQuery<T>IEnumerable<T>AsParallel<T>(this IEnumerable<T>)

先行言語

LINQが導入した概念の多くは、もともとMicrosoftのCω研究プロジェクトでテストされていました。このプロジェクトは、以前はX#（X Sharp）およびXenというコードネームで知られていました。Polyphonic C# （結合計算の原理に基づく別の研究言語）が統合された後、Cωに改名されました。

Cωは、データストア（データベースやXML文書など）を、文字列や配列といった従来の型と同じように簡単に型安全に利用できるようにすることを目指しています。これらのアイデアの多くは、WebData XMLチーム内の以前のインキュベーションプロジェクトであるX#とXenから継承されています。Cωには、並行プログラミングをサポートするための新しい構造も含まれています。これらの機能は、主に以前のPolyphonic C#プロジェクトから派生したものです。[21]

Cωの機能は2004年にコンパイラプレビューとして初めて利用可能になり、その後マイクロソフトは2007年に.NETバージョン3.5でリリースされたLINQ機能の作成に使用しました。[22]並行性構造は、 Microsoft ResearchによってC#やその他の.NET言語用のJoins Concurrency Libraryというライブラリとしてわずかに修正された形でリリースされました。[23]

ポート

LINQ のポートはPHP (PHPLinq Archived 2018-01-19 at the Wayback Machine )、JavaScript (linq.js)、TypeScript (linq.ts)、ActionScript (ActionLinq Archived 2018-12-25 at the Wayback Machine )、C++ (CXXIter ) 用に存在しますが、.NET に触発された言語である C#、F#、VB.NET の LINQ と厳密に同等のものはありません (これらの言語では LINQ は外部ライブラリではなく言語の一部であり、より幅広いニーズに対応します)。[引用が必要]

参照

参考文献

  1. ^ 「Rxフレームワーク」. 2011年6月10日.
  2. ^ 「C#3を使用したモナドパーサーコンビネータ」 。 2009年11月21日閲覧。
  3. ^ ab 「標準クエリ演算子」。Microsoft 。 2007年11月30日閲覧。
  4. ^ 「Enumerable クラス」。msdn。Microsoft 。 2014年2月15日閲覧。
  5. ^ ab Skeet, Jon (2019年3月23日). C# in Depth . Manning. ISBN 978-1617294532。
  6. ^ 「クエリ式 (F#)」。Microsoft Docs . 2012年12月19日閲覧。
  7. ^ 「LINQフレームワーク」 。 2007年11月30日閲覧。
  8. ^ "Enumerable.ElementAt" . 2014年5月7日閲覧。
  9. ^ "Enumerable.Contains" . 2014年5月7日閲覧。
  10. ^ "Enumerable.Count" . 2014年5月7日閲覧。
  11. ^ 「.NET Language-Integrated Query for XML Data」、2007年4月30日。 2007年11月30日閲覧。
  12. ^ 「LINQ to SQL」。2013年1月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年11月30日閲覧。
  13. ^ abc 「LINQ to SQL: リレーショナルデータ用の.NET言語統合クエリ」2007年4月30日。2007年11月30日閲覧。
  14. ^ 「LINQ to DataSets」。2013年1月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年11月30日閲覧。
  15. ^ Vider, Guy (2007年12月21日). 「LINQパフォーマンステスト：初めてのVisual Studio 2008プロジェクト」 . 2009年2月8日閲覧。
  16. ^ Parsons, Jared (2008). 「LINQクエリのパフォーマンス向上」. Microsoft Developer Network . 2014年3月19日閲覧。LINQは強力で非常に効率的であることは事実ですが、大規模なデータセットは予期せぬパフォーマンスの問題を引き起こす可能性があります。
  17. ^ Alva, Jaime (2010-08-06). 「コンパイル済みLINQクエリの再コンパイルによる潜在的なパフォーマンス問題」. Microsoft Developer Network . 2014-03-19閲覧。Entity Frameworkでクエリを複数回呼び出す場合は、コンパイル済みLINQクエリを使用することをお勧めします。クエリをコンパイルすると、最初の使用時にはパフォーマンスが低下しますが、それ以降の呼び出しははるかに高速に実行されます。
  18. ^ Kshitij, Pandey (2008年5月25日). 「LinQとSQL、ADO、C#のパフォーマンス比較」. 2009年2月8日閲覧。
  19. ^ 「ParallelEnumerableクラス」 。 2014年5月7日閲覧。
  20. ^ 「並行性の時代のプログラミング: PFX による並行プログラミング」 。2007年 10 月 16 日閲覧。
  21. ^ Eichert, Steve; Wooley, James B.; Marguerie, Fabrice (2008). LINQ in Action . Manning. pp. 56–57 (Google Books の検索リンクで報告されている通り。本書にはページ番号はありません) 。ISBN 9781638354628。
  22. ^ C# 3.0 言語の背後にある概念 | 記事 | TomasP.Net 2007-02-12 にWayback Machineでアーカイブ
  23. ^ 「The Joins Concurrency Library」 。 2007年6月8日閲覧。
Wikibooksには、「.NET Development Foundation」に関する書籍があります。
  • 公式 Microsoft LINQ プロジェクト
  • .NET 開発者のための LINQ to Objects
  • LINQ to SQLの将来 2020年7月21日アーカイブWayback Machine
  • C# ではどのように動作するのか？ - パート 3 (C# LINQ の詳細)