for文 | Programming Place Plus　Ｃ言語編　第１２章

このページの概要 🔗

このページの解説は C99 をベースとしています。

以下は目次です。

• ループ構造（反復構造）
• for文
  • 一定の回数だけループする
  • インクリメント
  • ブロック文
• 電卓プログラムでの利用例
• ループ内の変数
• 前置インクリメントと後置インクリメントの違い
• デクリメント
• 実引数の評価順
• 練習問題
• 参考リンク
• 更新履歴

ループ構造（反復構造） 🔗

第１１章では、switch文を使って、電卓のようなプログラムを作成しました。実行する処理を切り替えられますが、実行するたびに１つの入力と計算しかできないことが不満といえそうです。色々な式の入力を繰り返したいと思ったら、プログラムを再度実行しなおす必要があります。このページではこの問題の解決に取り組むことにします。

必要なことは、さきほど文章の中にちらっと登場した「繰り返し」です。プログラミングではよく、ループ (loop)^📘 という言葉で表現しますが、同じコードを何度も繰り返し実行する構造のことをいいます。

やりたいことを書き表すとこうなります。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    #define ADDITION        '+'
    #define SUBTRACTION     '-'
    #define MULTIPLICATION  '*'
    #define DIVISION        '/'

    // ここから ------>
    puts("Please enter the formula.");
    char s[40];
    fgets(s, sizeof(s), stdin);
    int value1;
    int value2;
    char op;
    sscanf(s, "%d %c %d", &value1, &op, &value2);

    switch (op) {
    case ADDITION:
        printf("%d\n", value1 + value2);
        break;
    case SUBTRACTION:
        printf("%d\n", value1 - value2);
        break;
    case MULTIPLICATION:
        printf("%d\n", value1 * value2);
        break;
    case DIVISION:
        printf("%d\n", value1 / value2);
        break;
    default:
        puts("The formula is incorrect.");
        break;
    }
    // <----- ここまでのコードを、気が済むまで繰り返したい
}

コメントで書いたとおりですが、電卓プログラムの中核となっている部分、つまり「入力を受け取って、計算して、結果を出力する部分」を何度も繰り返したいということです。

ループさせるものは「まったく同じ内容の処理」ではなく「同じコード」であることに注意してください。変数を使っているコードをループさせるのなら、その変数に入っている値は毎回異なるかもしれませんし、入力を受け取るコードをループさせるのなら、実際に入力されてくるデータは毎回異なるでしょう。

繰り返す回数が固定的であれば、コードを必要な回数分だけコピーアンドペーストすることで、無理やり実現させることも不可能ではありませんが、プログラムが肥大化して管理しづらくなりますし、プログラマーの労力も大きいです（1万回繰り返したいといわれたらどうしますか？）。また、今回の電卓プログラムのように、繰り返す回数が固定的でなく、“実行した人がやめたくなるまで” のようなケースでは、どれだけコピーアンドペーストしていいのか分かりませんから、この方法では実現できません。

for文 🔗

Ｃ言語でループを実現する方法はいくつかあります。このページではそのうちの１つである for文 (for statement) を取り上げます。

for文の文法は次のようになっています。

for (節; 条件式; 式)
    繰り返したい文

これまでのページでも何度か説明していますが、「式^📘」と「文^📘」はきちんと区別しましょう。

式は、評価^📘されて（計算などをして）値^📘になるものです。たとえば、n + 5 は式であり、評価（変数 n の値に 5 を加算する）して、値（計算結果）になります。値になるので、それをさらに代入することが可能です（たとえば、answer = n + 5）。代入も式なので、さらに連結して、value = answer = n + 5 のようにつないでいけます。

文は、いくつかの式を含んだものですが、最終的な値がありません。一連の式の処理がすべて落ち着くまでが１つの文といえます。たとえば、さきほどの最後の式の末尾に ; を付けて、value = answer = n + 5; とすると、これ全体で、一連の式が完結した１つの文になります。

n + 5 は式、n + 5; は文ですから、構文を書き表すときには、「文;」という表現は正しくなくて、「式;」か「文」とすべきです。さきほどの for文の文法に戻ると、「繰り返したい文」には ; を付けていません。「節」と「条件式^📘」には ; を付けています。「式」には ; がありませんが、これは ) で終わりが分かるからです。

本当は最後の「式」にも ; が付いたほうが一貫性があるという考え方もありますが、少なくともＣ言語はそうなっていません。; を入れるとコンパイルエラーになってしまいます。

for (int i = 0; i < 3; i = i + 1)
    puts("Hello");

Hello
Hello
Hello

for (int i = 0; i < 3; ++i) {
    puts("Hello");
}

for (int i = 0; i < /*繰り返す回数*/; ++i) {
    //
    // 繰り返したい処理
    //
}

++変数名
変数名++

for (節; 条件式; 式)
    繰り返したい文

for (int i = 0; i < 3; ++i)
    puts("Hello, World.");

for (int i = 0; i < 3; ++i)
    puts("Hello, ");
    puts("World.");

電卓プログラムでの利用例 🔗

ブロック文を使えば、for文の「繰り返したい文」のところに複数の文が書けるので、このページの目的であった、電卓プログラムの改良ができます。

とりあえず、５回繰り返すようにしてみます。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    #define ADDITION        '+'
    #define SUBTRACTION     '-'
    #define MULTIPLICATION  '*'
    #define DIVISION        '/'

    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        puts("Please enter the formula.");
        char s[40];
        fgets(s, sizeof(s), stdin);
        int value1;
        int value2;
        char op;
        sscanf(s, "%d %c %d", &value1, &op, &value2);

        switch (op) {
        case ADDITION:
            printf("%d\n", value1 + value2);
            break;
        case SUBTRACTION:
            printf("%d\n", value1 - value2);
            break;
        case MULTIPLICATION:
            printf("%d\n", value1 * value2);
            break;
        case DIVISION:
            printf("%d\n", value1 / value2);
            break;
        default:
            puts("The formula is incorrect.");
            break;
        }
    }
}

実行結果：

Please enter the formula.
1 + 2   <-- 入力した式
3
Please enter the formula.
10 - 1   <-- 入力した式
9
Please enter the formula.
3 * 5   <-- 入力した式
15
Please enter the formula.
5 / 2   <-- 入力した式
2
Please enter the formula.
-1 + 3   <-- 入力した式
2

うまくいっているようです。

さて、こうなると新たな不満点が出てきます。なにより、なぜ５回なのかという点が気になります。普通、「電卓の利用者の用事が済むまで」繰り返すべきです。５回では足りないかもしれないし、多すぎるかもしれません。

しかし、終わりたいときに終了できるようにするには、まだ少し知識が足りません。この問題にはこの先のページで取り組んでいくことにして、ここからは for文に関するほかの話題を続けます。

ループ内の変数 🔗

さきほどの電卓プログラムでは、for文の内側に変数の宣言があります（value1、op、value2）。

for文の内側にに変数の宣言を書いた場合、処理がループして、その宣言位置にやってくるたびに、新しい変数として初期化しなおされます。前のループのときの値を引き継ぐようなことはありません。

もし、前のループで計算した値を、次のループで使いたい、といった場合には、for文の外側で宣言する必要があります。

たとえば、整数の入力を５回行わせて、最後にその合計値を出力させるプログラムを作りたいとします。この場合、これまでの入力の合計値を覚えておく変数が必要ですが、その変数は for文の外側で宣言しなければなりません。

#include <stdio.h>

// 整数の入力を受け取る
// 戻り値: 標準入力から整数の入力を受け取り、その値を返す。
int get_input_integer(void)
{
    char s[40];
    fgets(s, sizeof(s), stdin);
    int value;
    sscanf(s, "%d", &value);
    return value;
}

int main(void)
{
    int total = 0;

    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        puts("Please enter the integer.");
        int value = get_input_integer();
        total += value;
    }

    printf("total = %d\n", total);
}

実行結果：

Please enter the integer.
6   <-- 入力した整数
Please enter the integer.
3   <-- 入力した整数
Please enter the integer.
5   <-- 入力した整数
Please enter the integer.
1   <-- 入力した整数
Please enter the integer.
8   <-- 入力した整数
total = 23

前置インクリメントと後置インクリメントの違い 🔗

for文の話から外れますが、前置インクリメントと後置インクリメントで違いがうまれる場面を確認しておきます。違いがうまれるのは、結果をほかの変数に入れる場合です。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int value;
    int result;

    value = 10;
    result = ++value;
    printf("%d, %d\n", value, result);

    value = 10;
    result = value++;
    printf("%d, %d\n", value, result);
}

実行結果：

11, 11
11, 10

変数 value の値が 10 のときに、前置・後置それぞれのインクリメントを行い、その結果を変数 result に代入しています。

いずれの場合でも、変数 value の値は 11 になっていますが、変数 result の方は、前置インクリメントでは 11、後置インクリメントでは 10 となっています。このような違いが生まれるのは、前置のインクリメント演算子と後置のインクリメント演算子では、次のようにルールの違いがあるからです。

前置の場合、オペランド^📘が +1 され、式の評価結果はインクリメント “後” の値になります。^[3]

後置の場合、オペランドが +1 され、式の評価結果はインクリメント “前” の値になります。^[4]

ここでの「式」とは ++value や value++ のことであり、オペランドは value のことです。

そのため、result = ++value では、value の値が +1 され、インクリメント演算子の式の評価結果はインクリメント後の値です。評価結果を result に代入するので、元の value が 10 だったのなら、value は 11 ですし、result も 11 になります。

一方、result = value++ では、value の値が +1 され、インクリメント演算子の式の評価結果はインクリメント前の値です（元の値が 10 なら 10 のまま）。評価結果を result に代入するので、value は 11 ですが、result は 10 です。

デクリメント 🔗

インクリメントが登場したついでに、デクリメント (decrement) にも触れておきます。デクリメントは、値を -1 する操作のことです。

デクリメントを簡潔に記述するために、デクリメント演算子 (decrement operator) があります。記号は -- です。

デクリメント演算子の文法や、挙動はインクリメント演算子とまったく同じです。+1 だったのが -1 になるだけです。

--変数名
変数名--

【上級】正確には「変数名」ではなく、変更可能な左辺値とされています。^[1]

実行できるプログラムを挙げておきます。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int value;
    int result;

    value = 10;
    result = --value;
    printf("%d, %d\n", value, result);

    value = 10;
    result = value--;
    printf("%d, %d\n", value, result);
}

実行結果：

9, 9
9, 10

実引数の評価順 🔗

複数の実引数を渡す場合、それぞれの実引数が評価^📘される順番は保証がないことに注意してください。

たとえば、次のプログラムの実行結果は処理系によって異なる可能性があります。

#include <stdio.h>

void print_values(int v1, int v2, int v3);

int main(void)
{
    int a = 10;
    print_values(a, ++a, a + 2);
}

void print_values(int v1, int v2, int v3)
{
    printf("%d, %d, %d\n", v1, v2, v3);
}

print_values(a, ++a, a + 2) には３つの実引数があります。左から右に処理されると思っていると、10, 11, 13 の順番で指定しているように思えますが実際にはどれから評価されるかは決まっていません。++a、a、a + 2 の順番で評価されて、11, 11, 13 が渡されることになるかもしれません。

このため、１つの関数呼出しにおいて、実引数の式がどのような順番で評価されても問題ないようにしなければなりません。インクリメントやデクリメントはこの問題に抵触する代表的な例です。

このサンプルプログラムの場合、次のようにインクリメントをあとでおこなうなどすれば、結果が保証できます。

#include <stdio.h>

void print_values(int v1, int v2, int v3);

int main(void)
{
    int a = 10;
    print_values(a, a + 1, a + 2);
    ++a;
}

void print_values(int v1, int v2, int v3)
{
    printf("%d, %d, %d\n", v1, v2, v3);
}

実行結果：

10, 11, 12

練習問題 🔗

問題①　次の３つの文のうち、実行したあとの変数 x の値がほかと違うのはどれですか？

• x = a - 1;
• x = –a;
• x = a–;

問題②　次のプログラムの実行結果はどうなりますか？

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    for (int i = 0; i < 0; ++i) {
        puts("Hello");
    }
}

問題③　次のプログラムの実行結果はどうなりますか？

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int value = 0;

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

問題④　for文を使って、2 から順に 2 のべき乗を出力するプログラムを作成してください（２¹、2²、2³、2⁴・・・つまり 2、4、8、16・・・と出力します）。10個出力したところで終了してください。

問題⑤　整数の入力を繰り返し受け取り、そのつど、現時点までの合計と平均を出力するプログラムを作成してください。全部で５回入力されたら終了とします。

問題⑥　九九の表を出力するプログラムを作成してください。つまり、次のような出力結果が得られるようにしてください。

1 2 3 4 5 6 7 8 9
2 4 6 8 10 12 14 16 18
3 6 9 12 15 18 21 24 27
4 8 12 16 20 24 28 32 36
5 10 15 20 25 30 35 40 45
6 12 18 24 30 36 42 48 54
7 14 21 28 35 42 49 56 63
8 16 24 32 40 48 56 64 72
9 18 27 36 45 54 63 72 81

解答ページはこちら。

参考リンク 🔗

• 1. ISO/IEC 9899:TC3 WG14/N1256 Committee Draft — Septermber 7, 2007 | 6.5.2.4 Postfix increment and decrement operators - 1 (PDF直リンク)
• 2. ISO/IEC 9899:TC3 WG14/N1256 Committee Draft — Septermber 7, 2007 | 6.5 Expressions - 2 (PDF直リンク)
• 3. ISO/IEC 9899:TC3 WG14/N1256 Committee Draft — Septermber 7, 2007 | 6.5.3.1 Prefix increment and decrement operators - 2 (PDF直リンク)
• 4. ISO/IEC 9899:TC3 WG14/N1256 Committee Draft — Septermber 7, 2007 | 6.5.2.4 Postfix increment and decrement operators - 2 (PDF直リンク)
• Programming Place Plus　Ｃ言語編　参考書籍
  • 当サイトの参考書籍一覧ページ。Ｃ言語に関する書籍を多数紹介
• Programming Place Plus　Ｃ言語編　リンク集
  • 当サイトの参考Webサイト集。Ｃ言語の全般的な学習に有益なサイトを紹介

更新履歴 🔗

• ’2022/1/16
  • 新規作成
  • 新C++編「for文」を持ってきて、Ｃ言語向けに修正

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