C言語のきほん｜2次元配列を二重ループで処理する

C言語のきほん｜2次元配列を二重ループで処理する

2次元配列は、表のようにデータをまとめて扱える便利な仕組みです。
たとえば、複数人分の売上データ、数日分の気温、クラスの成績一覧など、「行」と「列」で整理できる情報をひとまとめにできます。

ただし、2次元配列の中身を順番に取り出して処理したいときは、1次元配列のときのように for文を1つ使うだけでは足りません。
そこで活躍するのが、for文の二重ループです。

外側のループで行を順番に進め、内側のループで列を順番に進めることで、2次元配列の全要素にきちんとアクセスできます。
この考え方を身につけると、各行の合計、各列の合計、平均値の計算などがとても自然に書けるようになります。

ここでは、元の「学生の点数」の例を別のわかりやすい題材に置き換えて、2次元配列を二重ループで処理する流れを丁寧に見ていきます。
今回は、3人の店員が4日間に記録した販売個数を2次元配列で管理し、次の内容を求めるプログラムにしてみます。

• 各店員の合計販売数と平均販売数
• 各日の合計販売数と平均販売数

二重ループの役割が見えやすい題材なので、2次元配列にまだ慣れていない方にも理解しやすいはずです。

2次元配列とは何か

2次元配列は、1次元配列を縦横に広げたようなものです。
たとえば、今回の販売データは次のような表で考えられます。

この表をC言語では、たとえば次のような2次元配列で表せます。

int sales[3][4] = {
    {12, 15, 11, 14},
    {10, 18, 13, 16},
    {9, 14, 12, 15}
};

このとき、sales[行][列] という形で要素を取り出します。

つまり、最初の添字が行、次の添字が列を表しています。

二重ループが必要になる理由

2次元配列は、行ごとに列をたどることで全体を順番に処理できます。
そのため、for文を2つ組み合わせて使います。

基本形は次の通りです。

for (int i = 0; i < 行数; i++) {
    for (int j = 0; j < 列数; j++) {
        /* 配列[i][j] を処理する */
    }
}

この形では、

• 外側の for文 が行を進める
• 内側の for文 が列を進める

という役割になります。

今回の販売データなら、外側で店員を順に見て、内側で各日を順に見ていく流れになります。

サンプルプログラム

元の点数管理プログラムを、販売個数の集計プログラムに変更した例です。
表示メッセージも日本語でわかりやすくし、コメントもすべて日本語にしています。

ファイル名：10_9_1.c

#include <stdio.h>

#define STAFF_COUNT 3   // 店員数
#define DAY_COUNT 4     // 日数

int main(void)
{
    // 販売個数を2次元配列で管理
    int sales[STAFF_COUNT][DAY_COUNT] = {
        {12, 15, 11, 14},   // 1人目の販売個数
        {10, 18, 13, 16},   // 2人目の販売個数
        {9, 14, 12, 15}     // 3人目の販売個数
    };

    int staff_totals[STAFF_COUNT] = {0};         // 各店員の合計販売数
    double staff_averages[STAFF_COUNT] = {0.0};  // 各店員の平均販売数

    // 各店員の合計販売数と平均販売数を計算
    for (int i = 0; i < STAFF_COUNT; i++) {
        for (int j = 0; j < DAY_COUNT; j++) {
            staff_totals[i] += sales[i][j];
        }
        staff_averages[i] = (double)staff_totals[i] / DAY_COUNT;
    }

    // 各店員の結果を表示
    printf("各店員の合計販売数と平均販売数\n");
    for (int i = 0; i < STAFF_COUNT; i++) {
        printf("店員%d: 合計=%d, 平均=%.2f\n",
               i + 1, staff_totals[i], staff_averages[i]);
    }

    int day_totals[DAY_COUNT] = {0};         // 各日の合計販売数
    double day_averages[DAY_COUNT] = {0.0};  // 各日の平均販売数

    // 各日の合計販売数と平均販売数を計算
    for (int j = 0; j < DAY_COUNT; j++) {
        for (int i = 0; i < STAFF_COUNT; i++) {
            day_totals[j] += sales[i][j];
        }
        day_averages[j] = (double)day_totals[j] / STAFF_COUNT;
    }

    // 各日の結果を表示
    printf("\n各日の合計販売数と平均販売数\n");
    for (int j = 0; j < DAY_COUNT; j++) {
        printf("%d日目: 合計=%d, 平均=%.2f\n",
               j + 1, day_totals[j], day_averages[j]);
    }

    return 0;
}

実行結果

各店員の合計販売数と平均販売数
店員1: 合計=52, 平均=13.00
店員2: 合計=57, 平均=14.25
店員3: 合計=50, 平均=12.50

各日の合計販売数と平均販売数
1日目: 合計=31, 平均=10.33
2日目: 合計=47, 平均=15.67
3日目: 合計=36, 平均=12.00
4日目: 合計=45, 平均=15.00

プログラムの全体像をつかもう

このプログラムでは、同じ2次元配列 sales を使って、2つの方向から集計しています。

1つ目は、店員ごとの集計です。
これは「横方向」にデータを見ていくイメージです。

2つ目は、日ごとの集計です。
これは「縦方向」にデータを見ていくイメージです。

同じ表でも、どちらを外側のループにするかで、集計の視点が変わるのがポイントです。

各店員の合計販売数と平均販売数の計算

まずは、各店員が4日間で合計いくつ販売したのか、そして平均でいくつ販売したのかを求めています。

該当部分はこちらです。

for (int i = 0; i < STAFF_COUNT; i++) {
    for (int j = 0; j < DAY_COUNT; j++) {
        staff_totals[i] += sales[i][j];
    }
    staff_averages[i] = (double)staff_totals[i] / DAY_COUNT;
}

ここでは、外側のループの変数 i が店員を表し、内側のループの変数 j が日を表しています。

流れを表にすると、次のようになります。

たとえば i が 0 のときは、1人目のデータを処理します。

そのとき内側のループでは、

• sales[0][0]
• sales[0][1]
• sales[0][2]
• sales[0][3]

を順番に足していきます。

つまり、

12 + 15 + 11 + 14 = 52

となり、1人目の合計販売数が 52 と求まります。
そのあとで、4日分なので 4 で割って平均を出します。

52 ÷ 4 = 13.00

という流れです。

各店員の集計イメージ

sales
  ↓ 1人目の4日分を加算
staff_totals[0]
  ↓ 4で割る
staff_averages[0]

sales
  ↓ 2人目の4日分を加算
staff_totals[1]
  ↓ 4で割る
staff_averages[1]

sales
  ↓ 3人目の4日分を加算
staff_totals[2]
  ↓ 4で割る
staff_averages[2]

処理の見方

この部分は、「行ごとの集計」と考えるとわかりやすいです。
表でいうと、1行ずつ横に見ていき、その行の合計と平均を求めています。

各日の合計販売数と平均販売数の計算

次に、1日目、2日目、3日目、4日目ごとに、全店員の販売数を合計し、平均を求めています。

該当部分はこちらです。

for (int j = 0; j < DAY_COUNT; j++) {
    for (int i = 0; i < STAFF_COUNT; i++) {
        day_totals[j] += sales[i][j];
    }
    day_averages[j] = (double)day_totals[j] / STAFF_COUNT;
}

今度は先ほどと逆で、外側のループの変数 j が日を表し、内側のループの変数 i が店員を表しています。

つまり、1日ずつ取り出して、その日の全店員の販売数を足しているわけです。

たとえば j が 0 のときは、1日目のデータを処理します。

内側のループでは、

• sales[0][0]
• sales[1][0]
• sales[2][0]

を順番に足します。

つまり、

12 + 10 + 9 = 31

となり、1日目の合計販売数が 31 になります。
さらに、店員は3人なので 3 で割って平均を出します。

31 ÷ 3 = 10.33

という計算です。

各日の集計イメージ

sales
  ↓ 1日目の3人分を加算
day_totals[0]
  ↓ 3で割る
day_averages[0]

sales
  ↓ 2日目の3人分を加算
day_totals[1]
  ↓ 3で割る
day_averages[1]

sales
  ↓ 3日目の3人分を加算
day_totals[2]
  ↓ 3で割る
day_averages[2]

sales
  ↓ 4日目の3人分を加算
day_totals[3]
  ↓ 3で割る
day_averages[3]

処理の見方

この部分は、「列ごとの集計」と考えると理解しやすいです。
表でいうと、1列ずつ縦に見ていき、その列の合計と平均を求めています。

ループの向きを変えると集計対象が変わる

このプログラムのとても大事なポイントは、同じ2次元配列でも、外側と内側のループの組み合わせを変えるだけで、見方が変わるということです。

この違いを意識できるようになると、2次元配列の問題がかなり読みやすくなります。

{0}で初期化する意味

このプログラムでは、合計を保存する配列を次のように初期化しています。

int staff_totals[STAFF_COUNT] = {0};
int day_totals[DAY_COUNT] = {0};

これはとてもよく使う書き方です。
配列を {0} で初期化すると、先頭要素だけでなく、すべての要素が 0 に初期化されます。

たとえば、

int numbers[5] = {0};

と書いた場合、実際には次のような状態になります。

合計を求める配列は、最初の値がゴミ値のままだと正しい結果になりません。
そのため、最初にきちんと 0 クリアしておくことが大切です。

吹き出しで書かれていた内容は、まさにこの点を表しています。

{0}で初期化すると配列の全ての要素が0クリアできるよ。

これは実務でも学習でもよく出てくる便利な書き方なので、ぜひ覚えておきたいところです。

平均を計算するときに double を使う理由

平均を求める式では、次のように書いています。

staff_averages[i] = (double)staff_totals[i] / DAY_COUNT;
day_averages[j] = (double)day_totals[j] / STAFF_COUNT;

ここで大事なのは、整数同士の割り算にならないようにしていることです。

たとえば、31 ÷ 3 は本来 10.333... ですが、int 同士で割ると小数部分が切り捨てられて 10 になってしまいます。

そこで、

(double)staff_totals[i]

のように型変換を行い、計算全体を小数で行うようにしています。

平均値を正しく出したいときは、この型変換がとても重要です。

配列と添字の対応を整理しよう

2次元配列では、どの添字が何を表しているかを見失いやすいです。
そのため、最初に意味をはっきり整理しておくことが大切です。

今回の配列では次の通りです。

この対応が頭に入っていると、ループの意味も自然に読めるようになります。

たとえば、

sales[i][j]

を見たら、

「i番目の店員の、j日目の販売数」

と読めるようにしておくと理解がぐっと楽になります。

二重ループを読むコツ

二重ループは慣れないうちは少し複雑に見えますが、次の順番で読むと理解しやすいです。

1つ目のコツは、外側のループが何を固定しているかを見ること

for (int i = 0; i < STAFF_COUNT; i++)

なら、店員を1人ずつ固定しています。

for (int j = 0; j < DAY_COUNT; j++)

なら、日を1日ずつ固定しています。

2つ目のコツは、内側のループが何を動かしているかを見ること

外側で店員を固定して、内側で日を動かしているなら、各店員の1日目から4日目までを順に処理しています。

外側で日を固定して、内側で店員を動かしているなら、その日の全店員の値を順に処理しています。

3つ目のコツは、何に足し込んでいるかを見ること

staff_totals[i] += sales[i][j];

なら、店員ごとの合計に足し込んでいます。

day_totals[j] += sales[i][j];

なら、日ごとの合計に足し込んでいます。

この3つを意識すると、二重ループの読み取りがかなりしやすくなります。

図でイメージすると理解しやすい

この学習で身につけたいこと

今回の内容で特に身につけておきたいのは、次の3点です。

2次元配列は最初こそ少し複雑に感じますが、表をそのままプログラムで扱える便利な仕組みです。
そして、その表を自在に処理するための基本が二重ループです。

今回のように、まずは「行ごとに見る」「列ごとに見る」という2つの見方をしっかり押さえておくと、この先の表計算的な処理や、少し複雑なデータ処理にもつながっていきます。