C#のポリモーフィズムとは？オーバーライドとキャストの使い分けを徹底解説！

1. ポリモーフィズム（多態性）とは？

1. ポリモーフィズム（多態性）とは？

ポリモーフィズムとは、「同じ名前でも、異なる動作ができる性質」のことです。英語で「Polymorphism」と書き、「ポリ＝多くの」「モーフィズム＝形」となります。

これはC#のオブジェクト指向プログラミングで重要な要素の一つです。プログラムが柔軟に拡張できるようになるため、アプリ開発では非常に役立ちます。

例えば、動物を表すクラスを考えてみましょう。犬や猫というクラスを作ったとして、それぞれの鳴き声は異なります。しかし「鳴く」という共通の動作は、同じ名前のメソッドで表せます。これがポリモーフィズムです。

2. オーバーライド（override）でポリモーフィズムを実現

2. オーバーライド（override）でポリモーフィズムを実現

オーバーライドとは、親クラスで定義されたメソッドを、子クラスで上書きして別の動作に変えることです。これにより、同じメソッド名でもクラスごとに違う動きを実現できます。

以下は、ポリモーフィズムの基本的な使い方を示したC#のサンプルコードです。

class Animal
{
    public virtual void Speak()
    {
        Console.WriteLine("何かの動物が鳴いています。");
    }
}

class Dog : Animal
{
    public override void Speak()
    {
        Console.WriteLine("ワンワン！");
    }
}

class Cat : Animal
{
    public override void Speak()
    {
        Console.WriteLine("ニャー！");
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Animal myDog = new Dog();
        Animal myCat = new Cat();

        myDog.Speak();  // DogクラスのSpeakが呼ばれる
        myCat.Speak();  // CatクラスのSpeakが呼ばれる
    }
}

このように、myDogやmyCatは型はAnimalですが、実体はDogやCatなので、実際にはそれぞれのSpeak()が呼ばれます。

ワンワン！
ニャー！

3. キャスト（型変換）とポリモーフィズムの関係

3. キャスト（型変換）とポリモーフィズムの関係

キャストとは、ある型のオブジェクトを別の型として扱うことです。ポリモーフィズムの場面では、親クラスから子クラスへ変換（ダウンキャスト）することで、子クラス特有の機能を使えるようになります。

Animal animal = new Dog();

Dog dog = (Dog)animal; // キャスト（ダウンキャスト）

dog.Speak();           // DogのSpeakが使える

このように、元のインスタンスがDogであることがわかっている場合は、(Dog)とキャストすることでDog型として扱えます。

ただし、間違った型にキャストしようとするとエラーになります。安全にキャストするためには、as演算子やis演算子を使うこともできます。

Animal animal = new Dog();

if (animal is Dog d)
{
    d.Speak(); // 安全にDog型として使える
}

4. なぜポリモーフィズムが便利なのか？

4. なぜポリモーフィズムが便利なのか？

ポリモーフィズムのメリットは、共通の型で統一的に扱えることです。たとえば、リストに複数の動物オブジェクトを入れて、それぞれが自分の方法で鳴く、というコードが書けます。

List<Animal> animals = new List<Animal>
{
    new Dog(),
    new Cat()
};

foreach (Animal a in animals)
{
    a.Speak();
}

ワンワン！
ニャー！

これにより、拡張が簡単になり、コードの変更も少なくて済みます。新しい動物クラスを追加しても、Animalクラスを継承し、Speak()をオーバーライドするだけで済みます。

5. オーバーライドとキャストの使い分け

5. オーバーライドとキャストの使い分け

オーバーライドは「同じ処理名で違う動作をさせる」ために使います。主に親クラスから見た共通の処理を定義するときに使います。

一方、キャストは「親クラスとして扱っていたインスタンスを、実際の子クラスとして利用する」場面で使います。子クラスにしかない機能を使いたいときに便利です。

たとえば、Dogクラスにだけ「走る」メソッドがある場合、それを使うにはキャストが必要です。

class Dog : Animal
{
    public override void Speak()
    {
        Console.WriteLine("ワンワン！");
    }

    public void Run()
    {
        Console.WriteLine("犬が走っています！");
    }
}

Animal animal = new Dog();

// animal.Run(); は使えない

((Dog)animal).Run(); // キャストしてDogとして使う

犬が走っています！

このように、状況に応じて使い分けることで、柔軟なコードを書くことができます。

まとめ

まとめ

C#におけるポリモーフィズム（多態性）は、オブジェクト指向の基本のひとつでありながら、初心者がつまずきやすい概念でもあります。しかし、この記事を通じて、ポリモーフィズムが単なる難解な言葉ではなく、実際のプログラムで役立つとても実用的な仕組みであることが理解できたのではないでしょうか。ポリモーフィズムの代表的な使い方であるオーバーライドと、インスタンスの型変換を行うキャストについて、それぞれの役割と活用シーンを確認しました。

ポリモーフィズムのメリットは、コードの拡張性や保守性を高めることにあります。たとえば、新しいクラスを追加しても、既存の構造を壊さずに動作をカスタマイズできるので、チーム開発や大規模なアプリケーションでも活躍します。また、共通の型でまとめて扱えることで、コードの記述量を減らし、処理を整理しやすくなる点も大きな利点です。

ここで改めて、ポリモーフィズムを使ったシンプルな例を見てみましょう。動物たちに共通するMoveメソッドを定義し、それぞれ異なる動きをさせてみます。

class Animal
{
    public virtual void Move()
    {
        Console.WriteLine("何かの動物が動いています。");
    }
}

class Bird : Animal
{
    public override void Move()
    {
        Console.WriteLine("鳥が空を飛んでいます。");
    }
}

class Fish : Animal
{
    public override void Move()
    {
        Console.WriteLine("魚が水の中を泳いでいます。");
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        List<Animal> zoo = new List<Animal>()
        {
            new Bird(),
            new Fish()
        };

        foreach (Animal a in zoo)
        {
            a.Move();
        }
    }
}

鳥が空を飛んでいます。
魚が水の中を泳いでいます。

上記の例では、zooリストにBirdやFishのインスタンスを入れていますが、Animal型で統一して扱っている点がポイントです。そして、それぞれが自分のMove()を実行しています。このように、ポリモーフィズムは「同じ形で、違う動き」を実現する強力なツールなのです。

一方、子クラス固有の動きを明示的に使いたいときにはキャストが役立ちます。キャストは慎重に使う必要がありますが、is演算子やas演算子を使うことで、型チェックをしながら安全に動作させることができます。

ポリモーフィズムは、抽象クラスやインターフェースとも相性がよく、より柔軟な設計が可能になります。慣れるまでは難しく感じるかもしれませんが、オーバーライドとキャストの基礎を理解しておくことで、今後のC#学習や実践の中で自然と使いこなせるようになります。

ポリモーフィズムの考え方をしっかり身につけておくことで、コードの再利用性も高まり、開発効率がぐんと上がります。これからのプログラミングでも頻繁に登場する考え方なので、引き続きいろいろなパターンで練習してみましょう。