【C#】Stackの基本：LIFO（後入れ先出し）コレクションの使い方

Stack<T>とは何か？ LIFO（後入れ先出し）

C#のSystem.Collections.Generic名前空間には、List<T>やDictionary<TKey, TValue>の他に、Stack<T>という特定の操作に特化したコレクションがあります。

Stack<T>（スタック）は、「LIFO (Last-In, First-Out)＝後入れ先出し」というデータ構造を実装したものです。

これは、現実世界の「積み上げられた皿」や「重ねた本」に例えられます。

• 新しい皿（データ）は、常に**一番上（Top）**に積みます。
• 皿（データ）を取り出すときも、常に**一番上（Top）**から取ります。

このLIFOの特性は、アプリケーションの「元に戻す（Undo）」機能や、Webブラウザの「戻る」ボタンの履歴管理など、”最後に行った操作を最初に取り消す”ロジックを実装するのに最適です。

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Stack<T>の基本的な操作

Stack<T>の操作は、List<T>のAddやRemoveとは異なる、専用のメソッド名（Push, Pop）を使用します。

• Push(T item): スタックの一番上に新しい要素を追加（プッシュ）します。
• Pop(): スタックの一番上から要素を取り出し、かつ削除（ポップ）します。
• Peek(): スタックの一番上の要素を削除せずに参照（ピーク＝覗き見）するだけです。
• Count: スタックに現在含まれている要素の数を取得します。

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コード例1：基本的な Push, Pop, Peek

シンプルなテキストエディタの「元に戻す（Undo）」履歴をStack<string>で管理する例です。

using System;
using System.Collections.Generic; // Stack<T> を使うために必要

public class StackBasicExample
{
    public static void Main()
    {
        // 1. string 型の Stack を初期化
        var undoHistory = new Stack<string>();

        // 2. Push: 操作履歴をスタックの一番上に追加
        undoHistory.Push("Action: 'Hello' と入力");
        undoHistory.Push("Action: 'World' と入力");
        undoHistory.Push("Action: '!' と入力");

        Console.WriteLine($"--- 履歴が積まれました ---");
        Console.WriteLine($"現在の履歴の数: {undoHistory.Count}"); // 3

        // 3. Peek: 一番上の要素を「削除せず」に参照
        // 最後に積んだ "Action: '!' と入力" が返る
        string nextUndoAction = undoHistory.Peek();
        Console.WriteLine($"\n次に'元に戻す'操作: {nextUndoAction}");
        Console.WriteLine($"Peek後の履歴の数: {undoHistory.Count}"); // 3 (減っていない)

        // 4. Pop: 一番上の要素を「削除して」取り出す
        string undoneAction = undoHistory.Pop();
        Console.WriteLine($"\n'元に戻す'を実行: {undoneAction}");
        Console.WriteLine($"Pop後の履歴の数: {undoHistory.Count}"); // 2 (1つ減った)

        // 5. 再度 Peek
        Console.WriteLine($"\n次に'元に戻す'操作: {undoHistory.Peek()}"); // "Action: 'World' と入力"
    }
}

出力結果:

--- 履歴が積まれました ---
現在の履歴の数: 3

次に'元に戻す'操作: Action: '!' と入力
Peek後の履歴の数: 3

'元に戻す'を実行: Action: '!' と入力
Pop後の履歴の数: 2

次に'元に戻す'操作: Action: 'World' と入力

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whileループによるスタックの処理

スタックに積まれた全要素を、while (stack.Count > 0)ループとPopメソッドを使って、LIFO（後入れ先出し）の順序で取り出すのは一般的なパターンです。

using System;
using System.Collections.Generic;

public class StackWhileLoopExample
{
    public static void Main()
    {
        var numberStack = new Stack<int>();
        numberStack.Push(10);
        numberStack.Push(20);
        numberStack.Push(30);

        Console.WriteLine("--- スタックの全要素を Pop (LIFO) ---");
        
        // スタックの要素数が 0 より大きい間、ループ
        while (numberStack.Count > 0)
        {
            // 一番上 (最後に追加した 30) から順番に取り出される
            int item = numberStack.Pop();
            Console.WriteLine(item);
        }

        Console.WriteLine($"処理後の要素数: {numberStack.Count}"); // 0
    }
}

出力結果:

--- スタックの全要素を Pop (LIFO) ---
30
20
10
処理後の要素数: 0

---

注意点と安全な操作：TryPop / TryPeek

Stack<T>が**空（Countが0）**の状態で、Pop()またはPeek()メソッドを呼び出すと、InvalidOperationExceptionという実行時エラーが発生してプログラムが停止します。

これを避けるため、while (stack.Count > 0)のようにCountをチェックする方法の他に、bool値を返すTryPopおよびTryPeekメソッド（DictionaryのTryGetValueに似ています）を使用するのが安全な方法です。

using System;
using System.Collections.Generic;

public class StackTryPopExample
{
    public static void Main()
    {
        var numberStack = new Stack<int>();
        numberStack.Push(100);

        // 1. 成功する TryPop
        if (numberStack.TryPop(out int poppedValue))
        {
            Console.WriteLine($"Pop 成功: {poppedValue}"); // 100
        }

        // 2. スタックは空になった
        // 3. 失敗する TryPop (例外は発生しない)
        if (numberStack.TryPop(out int failedValue))
        {
            Console.WriteLine($"Pop 成功: {failedValue}");
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("Pop 失敗: スタックは空です。");
        }
    }
}

出力結果:

Pop 成功: 100
Pop 失敗: スタックは空です。

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まとめ

Stack<T>は、C#で**LIFO（後入れ先出し）**のロジックを実装するための専用コレクションです。

• 追加: Push(item)
• 削除と取得: Pop()
• 参照のみ: Peek()

PopやPeekはスタックが空だと例外をスローするため、Count > 0でチェックするか、TryPop / TryPeekメソッドを使用することで、安全に操作できます。