[C#] System.Collections.ArrayList — 可変長配列（非ジェネリック）の仕組みと使いどころ

System.Collections.ArrayList は、.NET Framework 1.0 から提供されている 可変長の非ジェネリック配列 です。List<T> がジェネリックの登場（.NET 2.0）以降に主役を譲ったため新規コードで使うことは推奨されませんが、レガシーコードや一部の COM 連携、DataTable 関連の API ではいまだに目にします。本記事では ArrayList の 内部構造・インターフェース・性能特性・使いどころ を整理します。

`ArrayList` とは

名前空間：System.Collections
内部構造：object[] バッファ + 現在の要素数 Count + 確保済み容量 Capacity
容量が足りなくなると 倍々（× 2）に拡張（最初は 4 から始まる）
要素の型はすべて object。値型は ボックス化 されて格納される

using System.Collections;

var list = new ArrayList();
list.Add(1);          // int → object にボックス化
list.Add("hello");    // 参照型はそのまま
list.Add(3.14);       // double → object にボックス化

int n = (int)list[0]; // 取り出すときはキャストが必須

すべて object 経由で扱うため、型安全でなく、値型ではボックス化のオーバーヘッドが発生 します。これが List<T> に取って代わられた最大の理由です。

サポートするインターフェース

ArrayList は次のインターフェースを実装しています。

インターフェース	役割
`IList`	添字アクセス・挿入・削除を持つ順序付きコレクション
`ICollection`	`Count`・`CopyTo`・同期サポートなどコレクション共通機能
`IEnumerable`	`foreach` で列挙可能
`ICloneable`	`Clone()` による浅いコピーをサポート

`IList`

IList は インデックスでアクセスできるコレクション を表すインターフェースです。ArrayList の中核となる機能はすべてこのインターフェース由来です。

public interface IList : ICollection
{
    object? this[int index] { get; set; }
    int Add(object? value);
    void Insert(int index, object? value);
    void Remove(object? value);
    void RemoveAt(int index);
    bool Contains(object? value);
    int IndexOf(object? value);
    void Clear();
    bool IsFixedSize { get; }
    bool IsReadOnly { get; }
}

`ICollection`

ICollection は要素数の取得とコピー、スレッド同期サポートを規定する基底インターフェースです。

public interface ICollection : IEnumerable
{
    int Count { get; }
    object SyncRoot { get; }
    bool IsSynchronized { get; }
    void CopyTo(Array array, int index);
}

SyncRoot を使った排他制御は古い設計で、現在は lock (専用オブジェクト) か並行コレクション（System.Collections.Concurrent）の利用が推奨されます。

`IEnumerable` / `ICloneable`

IEnumerable の詳細は IEnumerable と IEnumerator の記事を、ICloneable の浅いコピーと深いコピーの違いは ICloneable インターフェースの記事を参照してください。

ArrayList.Clone() は 浅いコピー を返します。要素が参照型の場合、参照だけがコピーされる点に注意してください。

var src = new ArrayList { new[] { 1, 2, 3 } };
var dst = (ArrayList)src.Clone();
((int[])dst[0])[0] = 99;
Console.WriteLine(((int[])src[0])[0]); // 99（同じ配列を共有）

主な API と計算量

操作	API	平均計算量	備考
末尾追加	`Add(obj)`	O(1) 償却	容量超過時は O(n) で再確保
末尾削除	`RemoveAt(Count - 1)`	O(1)
添字アクセス	`list[i]`	O(1)	配列と同じ
任意位置挿入	`Insert(i, obj)`	O(n)	後続要素を 1 つずらす
任意位置削除	`RemoveAt(i)` / `Remove(obj)`	O(n)
検索	`Contains` / `IndexOf`	O(n)	線形探索
ソート	`Sort()`	O(n log n)	内部は `Array.Sort`
二分探索	`BinarySearch(obj)`	O(log n)	事前に整列が必要

Capacity を事前に設定すると再確保を防げます。要素数の見当が付くなら必ず指定しましょう。

var list = new ArrayList(capacity: 10_000);
for (int i = 0; i < 10_000; i++) list.Add(i);
list.TrimToSize(); // Capacity を Count まで切り詰める

ボックス化のコスト

ArrayList の最大の落とし穴は 値型のボックス化 です。

var arr = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) arr.Add(i); // 100 万回ボックス化

long sum = 0;
foreach (var x in arr) sum += (int)x; // 100 万回アンボックス化

ヒープ割り当てと GC 圧、キャスト命令のコストが積み重なり、List<int> と比べて 数倍～10 倍以上遅くなる ことも珍しくありません。値型を扱うなら無条件に List<T> を選ぶべきです。

`List<T>` との比較

観点	`ArrayList`	`List<T>`
型安全	× `object` のキャストが必要	◯ コンパイル時に保証
値型のボックス化	発生する	発生しない
パフォーマンス	劣る	良い
LINQ 対応	`Cast<T>()` 経由で必要	そのまま使える
推奨度	新規コードでは非推奨	標準

新規コードでは 常に List<T> を使うのが鉄則です。

使いどころ

ジェネリックの登場以降、ArrayList を積極的に選ぶ理由はほぼありません。実務で出会うのは次のような場面です。

レガシーコードのメンテナンス：.NET Framework 1.x 時代から続くコードベース。
COM 相互運用や古い API：戻り値が ArrayList や IList のままになっている API。
動的な異種要素の集合：型が混在し object で扱うのが妥当な場面。とはいえ現在は List<object> で十分です。
学習目的：コレクションの内部実装（容量倍々拡張など）を理解する材料として。

`ArrayList` から `List<T>` への移行

// Before
ArrayList legacy = GetLegacyList(); // 中身は string が入っているとする
foreach (object o in legacy)
{
    string s = (string)o;
    Console.WriteLine(s.ToUpper());
}

// After（LINQ の Cast<T> で型付き列挙に変換）
foreach (string s in legacy.Cast<string>())
{
    Console.WriteLine(s.ToUpper());
}

// さらに安全に：実体ごと List<string> へ移す
List<string> modern = legacy.Cast<string>().ToList();

API 境界が IList で型が固定的に決まっている場合、Cast<T>() で挟むだけでも型安全な世界に橋渡しできます。

まとめ

ArrayList は 非ジェネリックな可変長配列。内部は object[]。
IList / ICollection / IEnumerable / ICloneable を実装。
添字アクセスは O(1)、末尾追加は O(1) 償却、任意位置の挿入・削除は O(n)。
値型を入れると ボックス化が起きる。新規コードでは List<T> 一択。
レガシー API との接続点でだけ顔を出す存在。出会ったら Cast<T>() で素早く型安全な世界に持ち込もう。

次回以降、BitArray / Hashtable / Queue / SortedList / Stack と、System.Collections の他のクラスを順に扱います。

ArrayList とは

サポートするインターフェース

IList

ICollection

IEnumerable / ICloneable