C言語の基本｜配列とfor文

C言語の基本｜配列とfor文

配列の番号をfor文でたどれば、たくさんのデータも短いコードでまとめて扱える。

配列を使うと、同じ型のデータをひとまとまりにして保存できます。しかし、配列の要素を1つずつ個別に入力したり表示したりしていては、要素が増えるほどコードも長くなってしまいます。

そこで組み合わせたいのがfor文です。

for文の変数を配列の添字として使えば、先頭の要素から最後の要素まで順番に処理できます。入力、表示、合計など、配列を使う多くの処理は、この組み合わせを基本にして作られます。

この記事では、インデックス変数と添字の関係、入力と表示の方法、範囲外アクセスを防ぐ条件式、要素数をマクロで管理する方法を順番に解説します。

配列にfor文を組み合わせる理由

配列は、同じ型の値を複数保存するための仕組みです。たとえば、5日分の運動時間を保存するなら、次のように宣言できます。

int minutes[5];

この配列には、次の5つの要素があります。

配列の各要素に対して同じ処理を行うとき、個別にコードを書く方法では手間がかかります。

printf("%d\n", minutes[0]);
printf("%d\n", minutes[1]);
printf("%d\n", minutes[2]);
printf("%d\n", minutes[3]);
printf("%d\n", minutes[4]);

for文を使えば、同じ処理を次のようにまとめられます。

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d\n", minutes[i]);
}

処理する要素が5個から10個に増えても、printfを何行も追加する必要はありません。繰り返す回数を変更するだけで対応できます。

図1：for文が配列を順番にたどる仕組み

この図から分かること

for文の変数iは、配列の添字としてそのまま利用できます。

iが0ならminutes[0]、iが1ならminutes[1]というように、iを1ずつ増やすことで全要素を順番に処理できます。配列が5要素なら、添字の範囲は0から4までです。

インデックス変数と添字の関係

配列を処理するfor文では、iのように現在位置を表す変数をよく使います。この変数は、インデックス変数と呼ばれます。

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d\n", minutes[i]);
}

このfor文では、次の順序で処理が進みます。

基本形は次のとおりです。

for (int i = 0; i < 要素数; i++) {
    配列名[i]を使った処理;
}

各部分には、次の役割があります。

要素数が5の場合、条件をi < 5とすれば、iの値は0、1、2、3、4となります。これで5個すべてを、範囲内で安全に処理できます。

配列の全要素へ順番に入力する

配列へ入力するときも、インデックス変数を添字として使います。

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    scanf("%d", &minutes[i]);
}

scanfには、入力値の保存先となるアドレスを渡します。そのため、配列の要素minutes[i]の前にも&が必要です。

int value;
scanf("%d", &value);

普通の変数へ入力するときに&valueと書くのと同じ考え方です。配列の各要素も、1つずつ見ればint型の変数として扱えます。

表示用の番号と配列の添字は分けて考える

C言語の配列は添字0から始まりますが、利用者へ見せる番号は1から始めたほうが自然な場合があります。

printf("%d日目の運動時間を入力してください > ", i + 1);

このとき、入力先はminutes[i]です。

iは配列内部の位置を指定し、i + 1は人に見せる番号として使います。この2つを混同しないことが大切です。

5日分の運動時間を入力して表示するプログラム

ファイル名：10_4_1.c

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int minutes[5];

    /* 5日分の運動時間を入力する */
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d日目の運動時間を入力してください（分）> ", i + 1);
        scanf("%d", &minutes[i]);
    }

    /* 入力された運動時間を順番に表示する */
    printf("\n入力された運動時間\n");

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d日目：%d分\n", i + 1, minutes[i]);
    }

    return 0;
}

実行結果の例

1日目の運動時間を入力してください（分）> 30
2日目の運動時間を入力してください（分）> 45
3日目の運動時間を入力してください（分）> 20
4日目の運動時間を入力してください（分）> 60
5日目の運動時間を入力してください（分）> 35

入力された運動時間
1日目：30分
2日目：45分
3日目：20分
4日目：60分
5日目：35分

プログラムの詳しい解説

最初に、5個の整数を保存できる配列minutesを宣言しています。

int minutes[5];

この配列の有効な添字は0から4までです。宣言した直後の要素は不定値なので、最初のfor文ですべての要素へ値を入力しています。

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d日目の運動時間を入力してください（分）> ", i + 1);
    scanf("%d", &minutes[i]);
}

iは0から始まり、1回繰り返すたびにi++で1増えます。iが5になるとi < 5が偽になるため、ループは終了します。

2つ目のfor文では、入力済みの値を同じ順番で表示しています。

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d日目：%d分\n", i + 1, minutes[i]);
}

入力と表示で同じ添字の進み方を使っているため、1日目に入力した値は1日目として正しく表示されます。

図2：入力用ループと表示用ループの役割

この図から分かること

入力用のfor文は配列へ値を保存し、表示用のfor文は保存済みの値を取り出します。

処理内容は異なりますが、どちらもiを0から4まで変化させて同じ配列を順番にたどっています。配列全体を処理するときは、このように目的ごとにfor文を分けると流れが分かりやすくなります。

for文の条件はi < 要素数にする

要素数5の配列を処理するときは、次の条件が基本です。

for (int i = 0; i < 5; i++)

iの変化を確認すると、最後に処理されるのはiが4のときです。

0 → 1 → 2 → 3 → 4 → 終了

次のようにi <= 5と書いてはいけません。

for (int i = 0; i <= 5; i++) {
    printf("%d\n", minutes[i]);
}

この条件では、iが5のときもループ本体が実行されます。その結果、存在しないminutes[5]へアクセスしてしまいます。

要素数がNなら、最後の添字はN - 1です。そのため、条件をi < Nと書けば配列の範囲内だけを処理できます。

範囲外アクセスが危険な理由

次の配列で利用できるのはminutes[0]からminutes[4]までです。

int minutes[5];

以下のアクセスは範囲外です。

minutes[5]
minutes[8]
minutes[-1]

C言語は、添字が範囲内かどうかを自動では確認してくれません。範囲外の場所へ読み書きすると、別のデータを書き換えたり、不定な値を読み出したりする可能性があります。

配列をfor文で扱うときは、次の点を確認しましょう。

• インデックス変数を0から始めているか
• 条件がi < 要素数になっているか
• 配列の要素数とループ回数が一致しているか
• 負の添字になる処理がないか

配列の要素数をマクロで管理する

要素数をコードの複数箇所へ直接書くと、変更するときに修正漏れが起こりやすくなります。

int temperatures[5];

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    /* 処理 */
}

この5に意味のある名前を付けると、管理しやすくなります。

#define MEASURE_COUNT 5

配列の宣言とfor文の条件で、同じマクロを使用できます。

int temperatures[MEASURE_COUNT];

for (int i = 0; i < MEASURE_COUNT; i++) {
    /* 処理 */
}

測定回数を変更するときは、マクロ定義の1か所を修正するだけです。

気温を入力して合計を求めるプログラム

ファイル名：10_4_2.c

#include <stdio.h>

#define MEASURE_COUNT 5

int main(void)
{
    int temperatures[MEASURE_COUNT];
    int total = 0;

    /* 各回の気温を入力する */
    for (int i = 0; i < MEASURE_COUNT; i++) {
        printf("%d回目の気温を入力してください（℃）> ", i + 1);
        scanf("%d", &temperatures[i]);
    }

    /* 全要素を表示しながら合計する */
    printf("\n入力された気温\n");

    for (int i = 0; i < MEASURE_COUNT; i++) {
        printf("%d回目：%d℃\n", i + 1, temperatures[i]);
        total += temperatures[i];
    }

    printf("気温の合計は%dです。\n", total);

    return 0;
}

実行結果の例

1回目の気温を入力してください（℃）> 18
2回目の気温を入力してください（℃）> 21
3回目の気温を入力してください（℃）> 20
4回目の気温を入力してください（℃）> 23
5回目の気温を入力してください（℃）> 19

入力された気温
1回目：18℃
2回目：21℃
3回目：20℃
4回目：23℃
5回目：19℃
気温の合計は101です。

プログラムの詳しい解説

MEASURE_COUNTは、配列に保存する気温の個数を表しています。

#define MEASURE_COUNT 5

マクロ定義の行にはセミコロンを付けません。プログラム中のMEASURE_COUNTは、前処理によって5へ置き換えられます。

配列の要素数にもMEASURE_COUNTを使用しています。

int temperatures[MEASURE_COUNT];

入力用と計算用のfor文にも同じマクロを使っているため、配列の要素数とループ回数を合わせやすくなっています。

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

合計を保存するtotalは、ループを始める前に0で初期化しています。

int total = 0;

各要素を順番に加算する処理は次の部分です。

total += temperatures[i];

これは、現在のtotalにtemperatures[i]の値を加え、結果を再びtotalへ代入しています。iが0から4まで変化するため、配列の全要素が1回ずつ合計されます。

for文で配列を処理する定番の形

配列とfor文には、よく使われる組み合わせがあります。

全要素へ入力する

for (int i = 0; i < 要素数; i++) {
    scanf("%d", &array[i]);
}

全要素を表示する

for (int i = 0; i < 要素数; i++) {
    printf("%d\n", array[i]);
}

全要素を合計する

int sum = 0;

for (int i = 0; i < 要素数; i++) {
    sum += array[i];
}

どの処理でも、配列をたどる部分は共通です。変わるのは、ループ本体で配列要素に対して何をするかです。

図3：配列処理を組み立てる3つの視点

この図から分かること

配列をfor文で処理するときは、最初に要素数を確認し、次に添字の範囲を決めます。そのうえで、入力、表示、合計などの処理をループ本体へ書きます。

要素数が5なら、添字は0から4です。この関係を保つi < 要素数という条件が、安全な配列処理の基本になります。

配列とfor文でつまずきやすいポイント

配列の添字と、人に見せる番号は同じとは限りません。内部では0から数え、表示では必要に応じて1を加える。この区別ができると、配列とfor文のコードを安定して書けるようになります。