C# すべての源 ― object クラス徹底解説

2025年8月4日

対象読者

• .NET Framework 4.8 環境で開発中の初学者〜中級者
• 「Equals と == の違いは？」「メモリ上ではどう配置される？」と疑問に感じている方
• CLR の内部動作まで踏み込みたい方

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1. なぜ object が必要か

観点	役割
単一継承の根	全ての型が必ず System.Object（C# キーワード object）を直接または間接に継承し、共通 API（ToString() など）を保証する。
多態性の基盤	1 つのコレクションにあらゆる型を “object として” 収納できる。ジェネリック登場以前（.NET 1.x）では ArrayList などが代表例。
ランタイム最適化	CLR は “object は参照型” という前提でメモリ管理・JIT 最適化を行うため、実装がシンプルになる。

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2. object が提供する 6 つの基礎メソッド

メソッド	既定の動作	オーバーライド例
ToString()	型名を返す	人間向けの情報を返す（DateTime など）
Equals(object obj)	参照等価	値等価に変更（string, 独自クラスなど）
GetHashCode()	ランタイム依存のハッシュ値	Equals と連動したハッシュを返す
GetType()	実行時型を返す	変更不可
MemberwiseClone()	浅いコピー（protected）	ICloneable 実装時のラッパー
Finalize()	ガベコレクタが回収前に呼ぶ	アンマネージド資源の解放

鉄則

Equals をオーバーライドしたら 必ず GetHashCode も整合を取る。ハッシュテーブル系コレクションのバグ原因 No.1。

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3. メモリ内部 ― オブジェクトはどう配置されるか

3.1 正しいメモリ配置イメージ

(1) スタックフレーム               (2) マネージドヒープ
┌────────────────┐        ┌─────────────────────────────┐
│  …             │        │  ← -4/-8  SyncBlockIndex    │
│  p ───┐        │        │  0x0000  MethodTablePtr ★   │◄─  ★ ここを変数 p が指す
│  …    │        │        │          Field_A            │
└───────┬─ ──────┘        │          Field_B            │
        └────────────────▶│          …                  │
                          └─────────────────────────────┘

1. スタック
   • ローカル変数 p は 4 byte（x86）または 8 byte（x64）の 参照値（アドレス）を保持します。
   • その値はヒープ上オブジェクトの MethodTable へのポインタ（上図★）を指しています。
   • JIT 最適化中はレジスタに置かれることもありますが、論理的には “スタック側の領域” と考えます。 
2. ヒープ
   • 参照先 0 byte 位置に MethodTablePtr があり、‐4/‐8 byte の負オフセット側（負領域）に SyncBlockIndex（オブジェクトヘッダー） が存在します。 
   • 以降に実際のフィールド Field_A, Field_B… が並びます。
   • 重要: 参照はオブジェクトの先頭（SyncBlockではなく MethodTablePtr）に張られる ため、デバッガで「p の値」を見るとヘッダー分だけ先に飛んだアドレスになります。 

3.2 値型と Boxing / Unboxing

int x = 42;
object boxed = x;     // Boxing: ヒープへコピーし参照型化
int y = (int)boxed;   // Unboxing: 値をスタックへコピー

• Boxing は 暗黙的・Unboxing は 明示的キャスト必須。
• 頻繁な Boxing はヒープ断片化・GC 負荷増大を招く。性能が気になるループでは避ける。

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4. object と演算子の罠

4.1 == と Equals

var a = new Person("Alice");
var b = new Person("Alice");

Console.WriteLine(a == b);        // False (参照比較)
Console.WriteLine(a.Equals(b));   // True  (値比較：オーバーライド済み)

• 参照型の == 既定は「参照等価」だけ。
• “値比較” を提供したい場合は
  1. Equals をオーバーライド
  2. == / != を演算子オーバーロード
  3. GetHashCode を整合

4.2 パターンマッチ & 型判定

if (obj is Person p)
{
    Console.WriteLine(p.Name);
}

• 実行時型を確認するが ボックス解除は行わない。
• is object は obj が null でない限り 常に true。

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5. サンプルコード ― “三種の神器” 正しい実装

// Domain/Person.cs
public class Person : IEquatable<Person>
{
    public string Name { get; }
    public DateTime Birthday { get; }

    public Person(string name, DateTime birthday)
        => (Name, Birthday) = (name, birthday);

    // ① ToString
    public override string ToString()
        => $"{Name} ({Birthday:yyyy-MM-dd})";

    // ② Equals
    public override bool Equals(object obj)
        => obj is Person other && Equals(other);

    public bool Equals(Person other)
        => Name == other.Name && Birthday == other.Birthday;

    // ③ GetHashCode
    public override int GetHashCode()
        => HashCode.Combine(Name, Birthday);

    // ④ == / !=
    public static bool operator ==(Person lhs, Person rhs)
        => lhs?.Equals(rhs) ?? rhs is null;

    public static bool operator !=(Person lhs, Person rhs) => !(lhs == rhs);
}

• HashCode.Combine は .NET 4.8 では利用不可のため、Tuple.Create().GetHashCode() などで代替可能。
• IEquatable<T> 実装によりジェネリックコレクションでの Boxing を回避できる。

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6. 派生クラスとメモリコストの真実

class Base    { int A; }
class Derived : Base { int B; }
// ヒープ配置: [Header][MethodTablePtr][A][B] だけ

• 基底クラスのフィールドが重複コピーされるわけではない。
• メソッドは共通の MethodTable で共有され、メモリ効率は高い。

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7. 設計を強化するテクニック

テクニック	ポイント
Template Method	基底クラスに処理骨格を置き、派生で差し替え。virtual/override を活用。
プリミティブオブセッションの回避	object に頼らず Money, Distance などドメイン固有型を早期に導入。
record / record struct	C# 9+ で Equals/GetHashCode/ToString 自動実装。移行計画があるなら検討。

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8. まとめ ― object を理解することは C# の「憲法」を読むこと

1. 共通 API 確保と多態性の礎
2. 正しいメモリモデルの把握 がパフォーマンスチューニングの第一歩
3. Equals / GetHashCode / ToString を適切に実装して一人前
4. Boxing / Unboxing のコストを意識し、必要な場面でのみ汎用 object を使う
5. “object を出発点に、適切な抽象型を設計する” クセをつける

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付録: さらなる学び

リソース	目的
《CLR via C#》（Jeffrey Richter）	CLR 内部構造とメモリ管理を深掘り
.NET Runtime Labs (GitHub)	GC・TypeSystem の実装例を読む
公式ドキュメント: System.Object Class	一次情報をチェック

次の一歩

• ILDasm や dnSpy で object メソッドの IL を覗いてみる
• BenchmarkDotNet で Equals 実装のパフォーマンス差を計測してみる

object を“深く”理解すれば、あなたの C# コード全体の品質が確実に底上げされます。ぜひ本記事を参考に、実際のソースと IL を行き来しながら学習を進めてください。