【C#】コンストラクタ完全ガイド｜static・primaryコンストラクタ・継承・private・設計原則まで

class Person
{
    // フィールド
    private readonly string _name;
    private readonly int    _age;

    // コンストラクタ（クラス名と同名・戻り値型なし）
    public Person(string name, int age)
    {
        // 引数を検証してフィールドに代入
        if (string.IsNullOrWhiteSpace(name))
            throw new ArgumentException("名前は空にできません", nameof(name));
        if (age < 0 || age > 150)
            throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(age));

        _name = name;
        _age  = age;
    }

    public string Name => _name;
    public int    Age  => _age;

    public override string ToString() => $"{_name}（{_age}歳）";
}

var p = new Person("Taro", 25);
Console.WriteLine(p); // Taro（25歳）

// コンストラクタを定義しない → デフォルトコンストラクタが自動生成される
class Config
{
    public string Host { get; set; } = "localhost";
    public int    Port { get; set; } = 8080;
}

var c = new Config(); // 引数なしで生成OK
Console.WriteLine(c.Host); // localhost

// ─────────────────────────────────
// 引数ありコンストラクタを定義すると
// デフォルトコンストラクタは自動生成されなくなる
class Server
{
    public string Host { get; }
    public int    Port { get; }

    public Server(string host, int port)
    {
        Host = host;
        Port = port;
    }
}

// var s = new Server(); // ← コンパイルエラー！
var s = new Server("example.com", 443); // 引数必須

class HttpRequest
{
    public string Method  { get; }
    public string Url     { get; }
    public int    Timeout { get; }

    // 最も完全なコンストラクタ（すべての初期化処理はここに集約）
    public HttpRequest(string method, string url, int timeout)
    {
        if (string.IsNullOrWhiteSpace(url))
            throw new ArgumentException("URLは必須です");
        Method  = method.ToUpperInvariant();
        Url     = url;
        Timeout = timeout;
    }

    // タイムアウトを省略したい場合は既定値 30 秒を渡して委譲
    public HttpRequest(string method, string url)
        : this(method, url, 30) { }

    // GET のみ、URLだけでよい場合
    public HttpRequest(string url)
        : this("GET", url, 30) { }
}

var r1 = new HttpRequest("https://example.com");
var r2 = new HttpRequest("POST", "https://example.com/api");
var r3 = new HttpRequest("PUT", "https://example.com/api/1", 60);

Console.WriteLine(r1.Method);  // GET
Console.WriteLine(r2.Timeout); // 30
Console.WriteLine(r3.Timeout); // 60

class Demo
{
    // ① フィールド初期化子が最初に実行
    private int _a = Log("フィールド _a 初期化");
    private int _b = Log("フィールド _b 初期化");

    // ② デフォルトコンストラクタが : this で③を呼ぶ
    public Demo() : this(0)
    {
        Console.WriteLine("② Demo() 本体");
    }

    // ③ 委譲先コンストラクタ
    public Demo(int value)
    {
        Console.WriteLine($"③ Demo(int={value}) 本体");
    }

    private static int Log(string msg)
    {
        Console.WriteLine($"① {msg}");
        return 0;
    }
}

var d = new Demo();
// 出力:
// ① フィールド _a 初期化
// ① フィールド _b 初期化
// ③ Demo(int=0) 本体   ← 委譲先が先に実行される
// ② Demo() 本体

// 親クラス
class Animal
{
    public string Name    { get; }
    public string Species { get; }

    public Animal(string name, string species)
    {
        Name    = name;
        Species = species;
    }
}

// 子クラス
class Dog : Animal
{
    public string Breed { get; }

    // : base で親クラスのコンストラクタを呼ぶ
    public Dog(string name, string breed)
        : base(name, "Canis lupus familiaris")  // 種は固定
    {
        Breed = breed;
    }
}

class GoldenRetriever : Dog
{
    public GoldenRetriever(string name)
        : base(name, "Golden Retriever") { }  // 品種は固定
}

var g = new GoldenRetriever("Buddy");
Console.WriteLine(g.Name);    // Buddy
Console.WriteLine(g.Species); // Canis lupus familiaris
Console.WriteLine(g.Breed);   // Golden Retriever

class AppSettings
{
    // 静的フィールド
    public static readonly string Environment;
    public static readonly string Version;

    // 静的コンストラクタ（アクセス修飾子なし・引数なし）
    static AppSettings()
    {
        Environment = System.Environment.GetEnvironmentVariable("APP_ENV") ?? "development";
        Version     = System.Reflection.Assembly.GetExecutingAssembly()
                          .GetName().Version?.ToString() ?? "0.0.0";
        Console.WriteLine("静的コンストラクタが実行されました");
    }
}

// 初めてアクセスしたときに静的コンストラクタが実行される
Console.WriteLine(AppSettings.Environment); // 静的コンストラクタが実行されました → development
Console.WriteLine(AppSettings.Version);     // 0.0.0（環境による）
Console.WriteLine(AppSettings.Environment); // 2回目以降は静的コンストラクタが呼ばれない

// 従来の書き方
class OldPoint
{
    public int X { get; }
    public int Y { get; }

    public OldPoint(int x, int y)
    {
        X = x;
        Y = y;
    }
}

// C# 12 プライマリコンストラクタ
class Point(int x, int y)
{
    // パラメーターをプロパティに割り当て
    public int X { get; } = x;
    public int Y { get; } = y;

    // メソッド内でもパラメーターを参照できる
    public double DistanceTo(Point other)
        => Math.Sqrt(Math.Pow(x - other.X, 2) + Math.Pow(y - other.Y, 2));

    public override string ToString() => $"({x}, {y})";
}

var p = new Point(3, 4);
Console.WriteLine(p);                         // (3, 4)
Console.WriteLine(p.DistanceTo(new Point(0, 0))); // 5

// ASP.NET Core でよく使うパターン
// 従来
class OrderService
{
    private readonly IOrderRepository _repo;
    private readonly ILogger<OrderService> _logger;

    public OrderService(IOrderRepository repo, ILogger<OrderService> logger)
    {
        _repo   = repo;
        _logger = logger;
    }

    public async Task<Order> GetAsync(int id)
    {
        _logger.LogInformation("注文 {Id} を取得します", id);
        return await _repo.FindAsync(id);
    }
}

// C# 12 プライマリコンストラクタ（ボイラープレートが激減）
class OrderService(IOrderRepository repo, ILogger<OrderService> logger)
{
    public async Task<Order> GetAsync(int id)
    {
        logger.LogInformation("注文 {Id} を取得します", id);
        return await repo.FindAsync(id);
    }
}

class Temperature
{
    private readonly double _celsius;

    // 外部から直接 new を禁止
    private Temperature(double celsius) => _celsius = celsius;

    // ファクトリメソッドで「意味のある名前」から生成
    public static Temperature FromCelsius(double c)    => new(c);
    public static Temperature FromFahrenheit(double f) => new((f - 32) * 5 / 9);
    public static Temperature FromKelvin(double k)     => new(k - 273.15);

    public double Celsius    => _celsius;
    public double Fahrenheit => _celsius * 9 / 5 + 32;
    public double Kelvin     => _celsius + 273.15;

    public override string ToString() => $"{_celsius:F1}°C";
}

var t1 = Temperature.FromCelsius(100);
var t2 = Temperature.FromFahrenheit(32);
var t3 = Temperature.FromKelvin(373.15);

Console.WriteLine(t1); // 100.0°C
Console.WriteLine(t2); // 0.0°C
Console.WriteLine(t3); // 100.0°C

class AppLogger
{
    // Lazy<T> によるスレッドセーフな遅延初期化
    private static readonly Lazy<AppLogger> _instance
        = new(() => new AppLogger());

    // private コンストラクタ
    private AppLogger()
    {
        Console.WriteLine("AppLogger 初期化");
    }

    public static AppLogger Instance => _instance.Value;

    public void Log(string message)
        => Console.WriteLine($"[LOG] {message}");
}

AppLogger.Instance.Log("起動完了");  // AppLogger 初期化 → [LOG] 起動完了
AppLogger.Instance.Log("処理開始");  // [LOG] 処理開始（初期化は1回のみ）

class Base
{
    public Base()
    {
        // NG: 仮想メソッドを呼ぶと Derived が未初期化のまま実行される
        Initialize(); // Derived.Initialize() が呼ばれるが _value はまだ 0
    }

    protected virtual void Initialize()
        => Console.WriteLine("Base.Initialize");
}

class Derived : Base
{
    private readonly int _value;

    public Derived(int value)
        : base()  // ← base() が先に走り、Initialize() が呼ばれる時点で _value = 0
    {
        _value = value; // コンストラクタ本体が動くのはここ（遅い）
    }

    protected override void Initialize()
        => Console.WriteLine($"Derived.Initialize: {_value}"); // _value は 0 になる！
}

var d = new Derived(42);
// 出力: Derived.Initialize: 0  ← 期待値は 42 だが未初期化！