【C#】LINQにおける結合処理をイメージで理解する

Posted at 2025-10-28

はじめに

C#でコレクション型のオブジェクトに対して操作を行う際に、言語機能の一つであるLINQを使うことが多いと思います。

Program.cs

IEnumerable<int> numbers = Enumerable.Range(1, 10).ToList();

// --- メソッド構文 ---
var resultMethodSyntax = numbers
    .Where(n => n % 2 == 0)
    .OrderBy(n => n)
    .Select(n => n);

// --- クエリ構文 ---
var evenNumbersQuery = from n in numbers
                       where n % 2 == 0
                       orderby n
                       select n;

// どちらの構文も以下のようなSQLに相当
// SELECT n
// FROM numbers
// WHERE n % 2 = 0
// ORDER BY n;

上記のように、操作対象のオブジェクト（シーケンス）に対して、SQLのような操作感を得られるのが魅力的です。

構文が2つ用意されていますが、本記事ではメソッド構文を使用します。

結合処理

シーケンスの結合処理には、以下の通り、LINQが用意しているメソッド（クエリ演算子）を使用します。

	LINQ（クエリ演算子）	SQL
内部結合	Join()	[INNER] JOIN
左外部結合	GroupJoin() + SelectMany()	LEFT [OUTER] JOIN
右外部結合	左右を入れ替えて左外部結合	RIGHT [OUTER] JOIN
完全外部結合	両外部結合結果をUnion()	FULL [OUTER] JOIN
交差結合	SelectMany()	CROSS JOIN

以降では、内部結合・左外部結合について、クエリ演算子の使い方や、シーケンスの状態をイメージ図で見ていきます。

サンプルデータ

Program.cs

class Category
{
    public string Id { get; set; } = string.Empty;
    public string Name { get; set; } = string.Empty;
}

class Book
{
    public string Title { get; set; } = string.Empty;
    public string CategoryId { get; set; } = string.Empty;
}

IEnumerable<Category> categories = new List<Category>
{
    new Category { Id = "C001", Name = "Fiction" },
    new Category { Id = "C002", Name = "Science" },
    new Category { Id = "C003", Name = "History" },
};

IEnumerable<Book> books = new List<Book>
{
    new Book { Title = "Book A", CategoryId = "C001" },
    new Book { Title = "Book B", CategoryId = "C001" },
    new Book { Title = "Book C", CategoryId = "C002" },
};

内部結合

Join()

実装例

Program.cs

var result = categories
    .Join(
        books,
        category => category.Id,
        book => book.CategoryId,
        (category, book) => new { category, book }
    );

第1引数：結合先（右側テーブル）シーケンス
第2引数：結合元（左側テーブル）シーケンスの結合キー
第3引数：結合先（右側テーブル）シーケンスの結合キー
第4引数：結合結果として取得するオブジェクト

※メソッド呼び出し元が結合元（左側テーブル）シーケンスにあたる
※第2,3,4引数は関数を受け取るため、厳密には「～を取得するために呼び出されるデリゲート」という表現が適切ですが、簡略化します

取得結果
上記の実装例にて取得した結果を確認してみます。
（Debug.WriteLine(JsonSerializer.Serialize(result));）

[
  {
    "category": { "Id": "C001", "Name": "Fiction" },
    "book": { "Title": "Book A", "CategoryId": "C001" }
  },
  {
    "category": { "Id": "C001", "Name": "Fiction" },
    "book": { "Title": "Book B", "CategoryId": "C001" }
  },
  {
    "category": { "Id": "C002", "Name": "Science" },
    "book": { "Title": "Book C", "CategoryId": "C002" }
  }
]

処理イメージ
この結果から、以下イメージの通りデータを取得したことが分かります。

内部結合ということで、意図した通り、categoriesのId:C003は取得結果に含まれていません。

⭐Join() ⇒ 内部結合（INNER JOIN）を実現

左外部結合

左外部結合をLINQで実現するためのクエリ演算子は、GroupJoin() + SelectMany()ですが、処理イメージが分かりやすいため順を追って見ていきます。

GroupBy()

はじめに、GroupBy()を確認します。
その名の通り、グループ化（SQLにおけるGROUP BY）を実現するメソッドです。

実装例

Program.cs

var result = books.GroupBy(x => x.CategoryId);

// 集計関数は以下のように使用
// var list = result.Select(x => new
// {
//     CategoryId = x.Key, // ←Keyプロパティでグループ化キーへアクセス
//     Count = x.Count(),
//     // TotalPrice = x.Sum(book => book.Price),
// });

引数：グループ化キー

取得結果

[
  [
    { "Title": "Book A", "CategoryId": "C001" },
    { "Title": "Book B", "CategoryId": "C001" }
  ],
  [
    { "Title": "Book C", "CategoryId": "C002" }
  ]
]

処理イメージ

グループ化キーをもとに、オブジェクトを配列化していることが分かります。

GroupJoin()

続いて、GroupJoin()を確認します。
こちらは、GroupBy() + Join()に近い動きをします。

実装例

Program.cs

var result = categories
    .GroupJoin(
        books,
        category => category.Id,
        book => book.CategoryId,
        (category, books) => new { category, books }
    );


// 集計関数は以下のように使用
// var list = result.Select(x => new
// {
//     CategoryName = x.category.Name,
//     Count = x.books.Count(),
//     // TotalPrice = x.books.Sum(book => book.Price),
// });

第1引数：結合先（右側テーブル）シーケンス
第2引数：結合元（左側テーブル）シーケンスの結合キー
第3引数：結合先（右側テーブル）シーケンスの結合キー、かつグループ化キー
第4引数：結合結果として取得するオブジェクト

取得結果

[
  {
    "category": { "Id": "C001", "Name": "Fiction" },
    "books": [
      { "Title": "Book A", "CategoryId": "C001" },
      { "Title": "Book B", "CategoryId": "C001" }
    ]
  },
  {
    "category": { "Id": "C002", "Name": "Science" },
    "books": [
      { "Title": "Book C", "CategoryId": "C002" }
    ]
  },
  {
    "category": { "Id": "C003", "Name": "History" },
    "books": []
  }
]

処理イメージ

はじめに結合先シーケンスのグループ化を行い、その後それらを結合元シーケンスに結合します。

結合処理に関して、単純なJoin()との違いですが、GroupJoin()では左外部結合を行うため、結合元シーケンスのレコードは全て取得します。
（categoriesのId:C003が取得結果に含まれていることが分かります。また、結合先シーケンスは空配列となります）

GroupJoin() + SelectMany()

先ほどまでで、だいぶ左外部結合らしくなってきました。
ただ、配列化したオブジェクトを保持する都合上、階層が一段深くなり、少し扱いづらいです。

そこで、多階層のコレクションをフラット化するSelectMany()を使用します。

実装例

Program.cs

var result = categories
    .GroupJoin(
        books,
        category => category.Id,
        book => book.CategoryId,
        (category, books) => new { category, books }
    )
    .SelectMany(
        x => x.books.DefaultIfEmpty(),
        (x, book) => new { x.category, book }
    );

取得結果

[
  {
    "category": { "Id": "C001", "Name": "Fiction" },
    "book": { "Title": "Book A", "CategoryId": "C001" }
  },
  {
    "category": { "Id": "C001", "Name": "Fiction" },
    "book": { "Title": "Book B", "CategoryId": "C001" }
  },
  {
    "category": { "Id": "C002", "Name": "Science" },
    "book": { "Title": "Book C", "CategoryId": "C002" }
  },
  { 
    "category": { "Id": "C003", "Name": "History" },
    "book": null
  }
]

処理イメージ

配列化したオブジェクトがなくなり、階層がすっきりしました。

SelectMany()の第1引数では、DefaultIfEmpty()を指定することで、存在しない結合先シーケンスをnullにするよう設定しています。

このように、GroupJoin()とSelectMany()を併用することで、SQLにおけるLEFT JOINを実現していることが分かります。

⭐GroupJoin() + SelectMany() ⇒ 左外部結合（LEFT JOIN）を実現

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