C言語の基本｜while文とループ

C言語の基本｜while文とループ

続けるか、終わるかを毎回チェック。while文で、条件に合わせて動くループを身につけよう。

プログラムでは、同じ処理を何度も実行したい場面がよくあります。

たとえば、倉庫の荷物を順番に搬送したり、入力された数値を合計したり、正しい値が入力されるまで確認を続けたりする処理です。

同じ文を必要な回数だけ書き並べる方法では、回数が増えるほどプログラムが長くなってしまいます。そこで使うのが、処理を繰り返すためのループです。

C言語には、主に次の繰り返し文があります。

この中でもwhile文は、条件が真である間だけ処理を繰り返すという、ループの基本的な仕組みを理解しやすい制御文です。

図1：while文が条件を確認して繰り返す流れ

この図から分かること

while文では、ループ本体を実行する前に継続条件を確認します。

条件が真ならループ本体を実行し、変数を更新してから再び条件判定へ戻ります。条件が偽になるとループを終了し、while文の後にある処理へ進みます。

while文は前判定の繰り返し

while文の大きな特徴は、繰り返す処理よりも先に条件式を評価することです。このような仕組みを前判定と呼びます。

処理の順番は次のとおりです。

1. 継続条件式を評価する
2. 条件式が真ならループ本体を実行する
3. ループ本体を終えたら条件判定へ戻る
4. 条件式が偽になるまで繰り返す
5. 条件式が偽になったらwhile文を終了する

最初の条件判定が偽だった場合は、ループ本体が一度も実行されません。

この点が、処理を実行してから条件を確認するdo～while文との大きな違いです。

while文の基本構文

while文は、次の形で記述します。

while (継続条件式) {
    繰り返す文;
}

構文の各部分には、次の役割があります。

C言語では、継続条件式の値が0なら偽、0以外なら真として扱います。

通常は、次のような関係演算子を使って条件式を作ります。

while (count < 5)

この条件では、countが5未満である間、ループ本体を繰り返します。

1文だけでも波括弧を付ける

while文のループ本体が1文だけなら、波括弧を省略できます。

while (count < 5)
    count++;

ただし、学習中は1文だけでも波括弧を付ける書き方がおすすめです。

while (count < 5) {
    count++;
}

波括弧を付けると、次の点が分かりやすくなります。

• どの文が繰り返されるのか
• 更新処理がループ内にあるか
• 後から文を追加する場所
• while文の終了位置

インデントも揃えると、ループ本体の範囲を目で追いやすくなります。

while文に必要な3つの要素

while文を作るときは、初期化・条件・更新という3つの要素を確認します。

基本的な配置は次のようになります。

初期化;

while (継続条件式) {
    繰り返す処理;
    更新;
}

初期化では、条件判定に使う変数の開始値を決めます。

継続条件式では、どの状態まで処理を続けるかを指定します。

更新では、条件式に使っている変数を変化させます。この更新によって、ループは少しずつ終了条件へ近づきます。

図2：while文を支える初期化・条件・更新

この図から分かること

初期化はループの開始前に一度だけ行います。条件はループへ入る前と、ループ本体を実行した後に毎回確認されます。

ループ本体の更新処理によって状態が変化し、やがて継続条件が偽になります。更新がなければ同じ状態のまま条件を繰り返し確認するため、ループが終わらない可能性があります。

荷物を5個ずつ搬送する

次のプログラムでは、倉庫にある荷物を5個ずつ搬送します。

荷物が5個以上残っている間は、次の処理を繰り返します。

• 荷物を5個減らす
• 搬送回数を1増やす
• 搬送回数と残りの荷物数を表示する

残りが5個未満になったら、while文を終了します。

荷物を5個ずつ搬送して回数を数えるプログラム

ファイル名：9_1_1.c

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int packages;
    int count = 0;

    printf("倉庫にある荷物の個数を入力してください > ");
    scanf("%d", &packages);

    /* 荷物が5個以上ある間、5個ずつ搬送する */
    while (packages >= 5) {
        packages -= 5;
        count++;

        printf("%d回目の搬送が完了しました。残りは%d個です。\n",
               count, packages);
    }

    printf("5個まとめて搬送できる処理は終了しました。\n");
    printf("搬送回数は%d回、残りは%d個です。\n", count, packages);

    return 0;
}

実行結果の例

荷物の個数に17を入力した場合は、ループ本体が3回実行されます。

倉庫にある荷物の個数を入力してください > 17
1回目の搬送が完了しました。残りは12個です。
2回目の搬送が完了しました。残りは7個です。
3回目の搬送が完了しました。残りは2個です。
5個まとめて搬送できる処理は終了しました。
搬送回数は3回、残りは2個です。

最初から荷物が5個未満の場合は、ループ本体が一度も実行されません。

倉庫にある荷物の個数を入力してください > 3
5個まとめて搬送できる処理は終了しました。
搬送回数は0回、残りは3個です。

プログラムの詳しい解説

packagesには、入力された荷物の個数を格納します。

int packages;

countは搬送回数を数える変数です。搬送を始める前なので、0で初期化しています。

int count = 0;

while文の継続条件は、荷物が5個以上残っていることです。

while (packages >= 5)

packagesが17の場合、最初の条件判定は真です。そのため、ループ本体へ入ります。

ループ本体では、最初に荷物を5個減らします。

packages -= 5;

続いて、搬送回数を1増やします。

count++;

1回目の処理後は、packagesが12、countが1になります。ループ本体を終えると、もう一度packages >= 5を評価します。

12は5以上なので、2回目の処理へ進みます。

packagesが2になると継続条件が偽になります。そのため4回目のループ本体には入らず、while文の後にあるprintfへ進みます。

while文の実行を順番に追う

while文の動きを理解するときは、変数の値を追いかけると分かりやすくなります。

今回のプログラムは、次の順番で動きます。

1. countを0にする
2. packagesを入力する
3. packages >= 5を評価する
4. 真ならpackagesを5減らす
5. countを1増やす
6. 現在の状態を表示する
7. 条件判定へ戻る
8. packages >= 5が偽になったら終了する

特に重要なのは、ループ本体を実行した後に、while文の先頭へ戻って条件式を再評価することです。

最初から条件が偽なら一度も実行されない

while文は前判定なので、継続条件が最初から偽ならループ本体へ入りません。

packagesが3の場合、最初の条件は次のようになります。

3 >= 5

この比較結果は偽です。そのため、荷物を減らす処理やcountを増やす処理は一度も実行されません。

countの値は初期値の0、packagesの値は入力された3のままです。

while文の外側に終了メッセージや最終結果の表示を書いておけば、ループ本体が一度も実行されなかった場合でも結果を確認できます。

カウンタ変数とループで使う変数

ループで使用する変数には、役割に応じた呼び方があります。

今回のcountは、搬送回数を数えるカウンタ変数です。packagesは、残っている荷物の個数を表すと同時に、ループを続けるかどうかの判断にも使われています。

短いループではiがよく使われますが、変数の役割が明確な場合はcountやpackagesのような名前を付けると、処理内容を理解しやすくなります。

更新を忘れると無限ループになる

while文で起こりやすいミスが、条件式に使っている変数の更新忘れです。

int count = 0;

while (count < 5) {
    printf("%d\n", count);
}

この例では、countの値が0から変化しません。そのためcount < 5は何度評価しても真になり、ループが終わりません。

正しく終了させるには、countを変化させます。

int count = 0;

while (count < 5) {
    printf("%d\n", count);
    count++;
}

countは繰り返すたびに1ずつ増えます。やがて5になり、count < 5が偽になるためループを終了します。

図3：更新の有無で変わる正常終了と無限ループ

この図から分かること

更新があるループでは、countが少しずつ終了条件へ近づきます。countが5になると条件が偽になり、ループを終了できます。

更新がない場合はcountが0のままなので、条件がいつまでも真です。while文を書くときは、条件式に使っている変数がループ内で適切に変化しているかを確認する必要があります。

無限ループを防ぐための確認ポイント

while文を書いた後は、次の点を順番に確認すると安心です。

• 条件式に使う変数を初期化しているか
• 初期値に対して条件式がどのような結果になるか
• ループ本体の中で変数が更新されているか
• 更新によって終了条件へ近づいているか
• いつか条件式が偽になるか
• ループ本体が一度も実行されない場合も問題ないか

たとえば、count < 5という条件に対してcount--と更新すると、countは5から遠ざかってしまいます。更新処理が存在するだけではなく、条件を偽にする方向へ変化していることが大切です。

while文を読みやすく書くコツ

while文では、処理の範囲と変数の変化が見える書き方を心がけます。

• ループ本体はインデントを1段下げる
• 処理が1文でも波括弧を付ける
• 初期化をwhile文の近くに書く
• 更新処理を分かりやすい位置に置く
• 変数の役割が伝わる名前を付ける
• 終了条件を具体的に考える

while文は、繰り返す回数が最初から決まっていない処理に向いています。条件の変化に応じて何回実行されるかが決まる場面では、初期化・条件・更新の関係をはっきりさせることで、安全で読みやすいループを作れます。