【C#】HashSetの集合演算：UnionWith, IntersectWith, ExceptWith の使い方

2025年11月15日

`HashSet<T>`と集合演算

HashSet<T>は、重複しない要素を高速に管理（追加、削除、検索）できるC#のコレクションです。

HashSet<T>の真の強力さは、AddやContainsといった基本的な操作だけでなく、数学的な「集合演算」を非常に効率的に実行できる点にあります。

和集合 (Union): 2つのセットのすべての要素（重複なし）
積集合 (Intersection): 2つのセットの両方に存在する共通の要素
差集合 (Difference): 片方のセットにだけ存在する要素

この記事では、HashSet<T>が提供する主要な集合演算メソッド（UnionWith, IntersectWith, ExceptWith）の使い方を解説します。

準備：サンプル`HashSet<T>`

string型のHashSet<T>を使用して、2つのグループ（developersとmanagers）が持つ権限（string）を管理するシナリオを例にします。

using System;
using System.Collections.Generic;

public class HashSetSetOpsExample
{
    // セットの内容を分かりやすく出力するためのヘルパーメソッド
    private static void PrintSet(string title, HashSet<string> set)
    {
        Console.WriteLine($"{title} ({set.Count}件): {{ {string.Join(", ", set)} }}");
    }

    public static void Main()
    {
        // 開発者チームが持つ権限
        var developerPermissions = new HashSet<string>
        {
            "CodeAccess",
            "TestEnvironments",
            "DeployToStaging"
        };

        // マネージャーチームが持つ権限
        var managerPermissions = new HashSet<string>
        {
            "DeployToStaging", // 開発者と共通
            "ViewReports",
            "ApproveChanges"
        };

        Console.WriteLine("--- 元の権限セット ---");
        PrintSet("Developers", developerPermissions);
        PrintSet("Managers  ", managerPermissions);
    }
}

出力結果（元のセット）:

--- 元の権限セット ---
Developers (3件): { CodeAccess, TestEnvironments, DeployToStaging }
Managers   (3件): { DeployToStaging, ViewReports, ApproveChanges }

重要な注意点：インスタンスの直接変更（インプレース）

これから紹介するUnionWith, IntersectWith, ExceptWithメソッドは、新しいHashSet<T>を返しません。

これらのメソッドは、呼び出し元のHashSet<T>インスタンス自体を直接変更（破壊）します。

そのため、元のセット（developerPermissions）を変更したくない場合は、以下のコード例のように、操作用のコピーをnew HashSet<T>(...)で作成してから、そのコピーに対してメソッドを実行する必要があります。

1. `UnionWith` (和集合)

setA.UnionWith(setB)は、setAにsetBのすべての要素を追加します。HashSet<T>の特性により、重複する要素は自動的に無視されます。

これは「A または B」（A ∪ B）に相当します。

`UnionWith` のコード例

        // --- 1. UnionWith (和集合) ---
        // 開発者とマネージャーの「どちらかが」持つ権限のすべて
        
        // 元のセットを変更しないよう、コピーを作成
        var allPermissions = new HashSet<string>(developerPermissions);
        
        // allPermissions (コピー) に managerPermissions の要素を追加
        allPermissions.UnionWith(managerPermissions);

        Console.WriteLine("\n--- UnionWith (和集合) ---");
        PrintSet("All Permissions", allPermissions);

出力結果:

--- UnionWith (和集合) ---
All Permissions (5件): { CodeAccess, TestEnvironments, DeployToStaging, ViewReports, ApproveChanges }

2. `IntersectWith` (積集合)

setA.IntersectWith(setB)は、setAから、setBには存在しない要素をすべて取り除きます。結果として、setAとsetBの両方に共通する要素だけが残ります。

これは「A かつ B」（A ∩ B）に相当します。

`IntersectWith` のコード例

        // --- 2. IntersectWith (積集合) ---
        // 開発者とマネージャーの「両方が」持つ共通の権限
        
        var commonPermissions = new HashSet<string>(developerPermissions); // コピーを作成
        
        // commonPermissions から、managerPermissions にも含まれる要素だけを残す
        commonPermissions.IntersectWith(managerPermissions);
        
        Console.WriteLine("\n--- IntersectWith (積集合) ---");
        PrintSet("Common Permissions", commonPermissions);

出力結果:

--- IntersectWith (積集合) ---
Common Permissions (1件): { DeployToStaging }

3. `ExceptWith` (差集合)

setA.ExceptWith(setB)は、setAから、setBにも存在する要素をすべて取り除きます。

これは「A には存在するが B には存在しない」（A - B）に相当します。AとBの順序が非常に重要です。

`ExceptWith` のコード例

        // --- 3. ExceptWith (差集合) ---
        
        // (A - B) 開発者「だけが」持つ権限
        var developerOnly = new HashSet<string>(developerPermissions); // コピーを作成
        developerOnly.ExceptWith(managerPermissions); // マネージャーの権限を取り除く
        
        Console.WriteLine("\n--- ExceptWith (差集合 A - B) ---");
        PrintSet("Developer-Only", developerOnly);

        // (B - A) マネージャー「だけが」持つ権限
        var managerOnly = new HashSet<string>(managerPermissions); // コピーを作成
        managerOnly.ExceptWith(developerPermissions); // 開発者の権限を取り除く
        
        Console.WriteLine("\n--- ExceptWith (差集合 B - A) ---");
        PrintSet("Manager-Only", managerOnly);

出力結果:

--- ExceptWith (差集合 A - B) ---
Developer-Only (2件): { CodeAccess, TestEnvironments }

--- ExceptWith (差集合 B - A) ---
Manager-Only (2件): { ViewReports, ApproveChanges }