【C#】init専用プロパティ完全ガイド｜IsExternalInit・required連携・with式・深い不変性・スレッドセーフまで

// set: 生成後もいつでも書き換え可能（ミュータブル）
public class MutablePerson
{
    public string Name { get; set; } = "";
    public int    Age  { get; set; }
}

var mp = new MutablePerson { Name = "Alice", Age = 30 };
mp.Age = 31;                         // OK（いつでも変更できる）

// init: 初期化子とコンストラクタの中でのみ書ける
public class ImmutablePerson
{
    public string Name { get; init; } = "";
    public int    Age  { get; init; }
}

var ip = new ImmutablePerson { Name = "Alice", Age = 30 };
// ip.Age = 31;                      // NG: CS8852 オブジェクト初期化の外では書けない

// コンストラクタ引数と併用 — 必須はコンストラクタ、オプションは初期化子
public class User
{
    public int Id { get; }                      // 生成時のみ設定可（set すらない）
    public string Name { get; init; } = "";
    public string? Email { get; init; }

    public User(int id) => Id = id;
}

var u = new User(id: 1) { Name = "Bob", Email = "bob@example.com" };

// .NET 5+ には IsExternalInit が標準搭載されているが
// .NET Standard 2.0 や .NET Framework では存在しないため自分で定義する必要がある
// （C# 9 のコンパイラが要求する「型」として認識される）

// この1ファイルを追加するだけで .NET Framework 4.x でも init が使える
namespace System.Runtime.CompilerServices
{
    internal static class IsExternalInit { }
}

// これを追加した後、ふつうに init が書ける
public class LegacyDto
{
    public string Name { get; init; } = "";
    public int Age { get; init; }
}

// C# 11+ / .NET 7+
public class UserProfile
{
    public required string Name  { get; init; }
    public required string Email { get; init; }
    public int Age { get; init; } = 0;              // デフォルト値があるので任意
}

// Name と Email を省略するとコンパイルエラー（CS9035）
var ok = new UserProfile { Name = "Alice", Email = "a@x" };
// var ng = new UserProfile { Name = "Alice" };   // NG: Email が必須

// コンストラクタの代わりに required を使うと、任意の順序で書けて可読性が上がる
public sealed class Order
{
    public required int      Id       { get; init; }
    public required string   Customer { get; init; }
    public required decimal  Total    { get; init; }
    public DateTime CreatedAt { get; init; } = DateTime.UtcNow;
    public string? Memo { get; init; }
}

// required は継承時にも引き継がれる
public class Admin : UserProfile
{
    public required string Role { get; init; }
}
// var a = new Admin { Name = "X", Email = "y", Role = "SuperAdmin" };

// record は最初から with 式に対応している
public sealed record Employee(string Name, int Age, string Dept);

var original = new Employee("Alice", 30, "Eng");
var moved    = original with { Dept = "Sales" }; // Dept だけ変更した新インスタンス

Console.WriteLine(original.Dept); // "Eng"（元は変わらない）
Console.WriteLine(moved.Dept);    // "Sales"

// 通常の class + init でも with 式は使える（C# 10+ でコピー可能条件を満たせば）
// ただし class の場合は record と違って自分で「コピーコンストラクタ」が必要
public sealed class Config
{
    public required string Host { get; init; }
    public required int    Port { get; init; }
    public string? ApiKey { get; init; }
}

// class で with 式を使いたい場合は手動でコピーヘルパーを書く
// （class の with 式は現時点で record / record struct / struct のみサポート）
public static Config CopyWith(this Config c,
    string? host = null, int? port = null, string? apiKey = null)
    => new() { Host = host ?? c.Host, Port = port ?? c.Port, ApiKey = apiKey ?? c.ApiKey };

// struct + init + with（C# 10+）
public readonly record struct Point(int X, int Y);
var p1 = new Point(0, 0);
var p2 = p1 with { X = 10 };
Console.WriteLine(p2); // Point { X = 10, Y = 0 }

// NG: List<string> は init にしてもリスト内容を書き換えられる（浅い不変）
public class Team
{
    public string Name { get; init; } = "";
    public List<string> Members { get; init; } = new(); // ← リスト自体は変更可能！
}

var t = new Team { Name = "A", Members = new() { "Alice" } };
t.Members.Add("Bob");       // ← 変更できてしまう
// t.Members = new();       // NG: 参照は差し替えられない（init で守られている）

// OK ①: 読み取り専用インターフェースに変える（意図を明示）
public class TeamReadonly
{
    public string Name { get; init; } = "";
    public IReadOnlyList<string> Members { get; init; } = Array.Empty<string>();
}
// t.Members.Add(...) はコンパイルエラー（IReadOnlyList に Add がない）

// OK ②: ImmutableArray / ImmutableList で完全な不変にする
public class TeamImmutable
{
    public string Name { get; init; } = "";
    public ImmutableArray<string> Members { get; init; } = ImmutableArray<string>.Empty;
}
// キャストでダウンキャストもできず、真の不変性が得られる

// 派生クラスでも init アクセサの契約は引き継がれる
public class Base
{
    public virtual string Name { get; init; } = "";
}

public class Derived : Base
{
    // set → init の変更や逆はできない（同じアクセサを override する必要あり）
    public override string Name { get; init; } = "";
}

// set/init の整合性: 基底が init なら派生も init にする必要がある
// public override string Name { get; set; }  // NG: 整合しない

// 抽象 init
public abstract class Entity
{
    public abstract int Id { get; init; }
}
public sealed class Product : Entity
{
    public override int Id { get; init; }
}

// コンストラクタチェーンの中で init プロパティを設定できる
public class Animal
{
    public string Name { get; init; } = "";
    public Animal(string name) => Name = name; // OK: コンストラクタ内なら書ける
}

public class Dog : Animal
{
    public string Breed { get; init; } = "";
    public Dog(string name, string breed) : base(name) => Breed = breed;
}

// インターフェース側で init を宣言すると、実装クラスも init でなければならない
public interface IHasName
{
    string Name { get; init; }
}

// OK: init として実装
public class Person : IHasName
{
    public string Name { get; init; } = "";
}

// NG: set として実装すると契約違反
// public class Bad : IHasName { public string Name { get; set; } = ""; }

// ジェネリックファクトリーパターン
public static T CreateWithName<T>(string name) where T : IHasName, new()
    => new T { Name = name };

var p = CreateWithName<Person>("Alice");

// init 済みオブジェクトは「初期化完了後は読み取りのみ」なのでスレッド間共有が安全
public sealed class ApiKey
{
    public required string Value { get; init; }
    public DateTime ExpiresAt    { get; init; }
}

// シングルトンとして複数スレッドに公開しても問題ない
private static readonly ApiKey GlobalKey = new()
{
    Value = Environment.GetEnvironmentVariable("API_KEY")!,
    ExpiresAt = DateTime.UtcNow.AddHours(24),
};

Parallel.For(0, 100, i =>
{
    // 各スレッドが同じインスタンスを参照しても読み取りのみなので安全
    Console.WriteLine(GlobalKey.Value);
});

// NG: init プロパティでも参照先が mutable なら競合は残る
public class UnsafeCache
{
    public Dictionary<string, string> Map { get; init; } = new(); // 中身は競合する
}
// Map.Add を複数スレッドから呼ぶと内部状態が壊れる → ConcurrentDictionary か ImmutableDictionary

using System.Text.Json;

// init プロパティは System.Text.Json でそのまま読み書きできる（.NET 5+）
public class Config
{
    public required string Host { get; init; }
    public int Port { get; init; } = 5432;
    public string? ApiKey { get; init; }
}

var c = new Config { Host = "db.example.com", Port = 5433, ApiKey = "secret" };

// シリアライズ
string json = JsonSerializer.Serialize(c);
// → {"Host":"db.example.com","Port":5433,"ApiKey":"secret"}

// デシリアライズ（.NET 5+ では init アクセサを認識して設定してくれる）
var back = JsonSerializer.Deserialize<Config>(json);
Console.WriteLine(back!.Host); // "db.example.com"

// .NET 7+ では required プロパティが不足していると JsonException を投げる
// → 設定ファイルの必須項目チェックが自動化できる
try
{
    var bad = JsonSerializer.Deserialize<Config>("""{"Port":5433}""");
}
catch (JsonException ex)
{
    Console.WriteLine(ex.Message); // Host が必須なのに欠けている
}

// 外部から「生成される」オブジェクトは常に init + required
public sealed class OrderResponse
{
    public required long   Id         { get; init; }
    public required string Status     { get; init; }
    public required decimal Total     { get; init; }
    public required DateTime CreatedAt { get; init; }
    public string? CancellationReason { get; init; }
}

// 金額・通貨・住所などの値オブジェクトは不変性が不可欠
public sealed record Money
{
    public required decimal Amount   { get; init; }
    public required string  Currency { get; init; }

    public Money Add(Money other)
    {
        if (other.Currency != Currency)
            throw new InvalidOperationException("通貨単位が異なる");
        return this with { Amount = Amount + other.Amount };
    }
}

var a = new Money { Amount = 100, Currency = "JPY" };
var b = new Money { Amount = 200, Currency = "JPY" };
var c = a.Add(b); // 新しいインスタンス { 300, JPY }

// ASP.NET Core の Options パターン: appsettings.json から init プロパティに束縛される
public sealed class SmtpOptions
{
    public required string Host { get; init; }
    public int Port { get; init; } = 587;
    public bool UseSsl { get; init; } = true;
    public string? Username { get; init; }
    public string? Password { get; init; }
}

// Program.cs
// builder.Services.Configure<SmtpOptions>(builder.Configuration.GetSection("Smtp"));
// 使用側
// public class MailService(IOptions<SmtpOptions> opt) { ... }

// 従来の Builder パターン
public class EmailBuilder
{
    private string? _to, _subject, _body;
    public EmailBuilder To(string s)      { _to = s; return this; }
    public EmailBuilder Subject(string s) { _subject = s; return this; }
    public EmailBuilder Body(string s)    { _body = s; return this; }
    public Email Build() => new() { To = _to!, Subject = _subject!, Body = _body! };
}

// init + required があれば Builder は不要になることが多い
public sealed class Email
{
    public required string To      { get; init; }
    public required string Subject { get; init; }
    public required string Body    { get; init; }
}

// 呼び出し側は自然な名前付き初期化
var email = new Email
{
    To      = "user@example.com",
    Subject = "通知",
    Body    = "本文",
};

public class Dto
{
    public string Name { get; init; } = "";
}

var d = new Dto { Name = "original" };

// 実行時に init アクセサを呼ぶとセット自体はできてしまう
var prop = typeof(Dto).GetProperty("Name")!;
prop.SetValue(d, "modified"); // 例外なく成功してしまう
Console.WriteLine(d.Name);    // "modified"

// init はコンパイル時の保護なので、リフレクションに対するガードにはならない
// → シリアライザ・ORM・テストヘルパーなどでは「書ける」のを前提に設計する

public class Animal
{
    public string Name { get; init; } = "";
}

public class Cat : Animal
{
    public Cat(string name)
    {
        Name = name; // OK: コンストラクタ内では init を呼べる
    }
}

// ただしコンストラクタが終わった後は書き換え不可
var c = new Cat("Tama");
// c.Name = "Mike"; // NG

// 落とし穴: 派生クラスが基底のコンストラクタで「先に設定された値」を上書きする
public class Dog : Animal
{
    public Dog() : base()
    {
        Name = "default-dog"; // 引数なしコンストラクタで上書き
    }
}

// new Dog { Name = "Pochi" } と書くと
// コンストラクタ: Name = "default-dog" → 初期化子: Name = "Pochi"
// の順で実行される（初期化子の方が後勝ち）
Console.WriteLine(new Dog { Name = "Pochi" }.Name); // "Pochi"

// readonly struct のフィールド / プロパティはすべて読み取り専用になる
public readonly struct Coord
{
    public int X { get; init; }  // OK: init は readonly と整合する
    public int Y { get; init; }
}

// 一方 readonly struct の init でミュータブルなフィールドを持とうとするとエラー
// public readonly struct Bad
// {
//     public int X { get; set; } // CS8341: readonly struct 内で set 可能プロパティはエラー
// }

// 値型は「コピー」されるので init が通常型ほど厳密には見えないことに注意
var c1 = new Coord { X = 1, Y = 2 };
var c2 = c1;
// c2.X = 99; // NG（readonly struct + init）

// readonly record struct は record の不変性 + 構造体の値型特性を両方持つ
public readonly record struct PointRec(int X, int Y);