制御構造（２）反復

今回は構造化プログラミングにおける 反復（繰り返し，ループ）について深く理解しよう．

Ｃでは３種類の反復文 for と while と do-while が用意されている． これらをうまく使い分けよう．

• 条件反復
• 計数反復
• 終わるまで反復
• 無条件反復
• 本日の課題

条件反復

まず，while ループと do-while ループについて説明する． NS チャートを Fig.1 に示す．

Fig.1.　while と do-while の NS チャート

どちらも条件式が成立している間だけ処理を繰り返すものであるが， 次のような違いがある：

• while ループ（前判定ループ）： 処理の実行前に条件判定するので，１回も繰り返さない場合もある．
要するに，ゼロ回以上の繰り返し．

一般形：

while ( 条件式 ) {
	繰り返したい処理
}

• do-while ループ（後判定ループ）： 処理を実行した後で条件判定するので，最低でも１回は必ず繰り返す．
要するに，1 回以上の繰り返し．

一般形：

do {
	繰り返したい処理
} while ( 条件式 );

do-while ループは， while と if 等との組み合わせによって 置き換えることもできるので， 実際には，使う必要はないかもしれない．

条件反復を使ったプログラムの一例を List 1 に示す．

/* Not 100 :
 *   2 人以上で交互に，1 〜 3 個の間でカウントし，
 *   100 に達した人が負けという超つまらないゲーム
 * （簡易版のため，入力した数の範囲チェックをしてないので，
 *   負の数や 4 以上を入力できるなど，イカサマが可能）
 */

main()
{
	int c = 0;
	int d;

	printf("*** Not 100 ***\n");

	while (c < 100) {		// または do {
		printf("[%3d] 1 〜 3 > ", c);
		scanf("%d", &d);

		c += d;
	}				// または } while (c < 100);
	printf("*** Game Over ***\n");
}

このプログラムの場合， 繰り返し回数は１回以上なので， List 1 の while 文を do-while 文に書き換えても正常に動作するハズだ． 試してみよう．

練習： List 1 の while ループを do-while ループに書き替えよ．

計数反復

for ループは，これまでに何度も使ってきた通り， 一定の回数だけ処理を繰り返すものである．

一般形：

for (カウンタの初期化; カウンタの条件式; カウント) {
	繰り返したい処理
}

具体例：

• カウントアップ：

int i;

for (i = 0; i < 10; i++) {
	printf("i = %d\n", i);
}

• カウントダウン：

int i;

for (i = 9; i >= 0; i--) {
	printf("i = %d\n", i);
}

なお，カウンタ（counter）は回数をおぼえておくための変数であり， カウント（count）は回数を増加 or 減少させる処理である．

ところで， for は，while と同様に，前判定の条件反復の一種だ． 例として，n 回繰り返す場合の NS チャートについて， for 版と while 版の比較を Fig.2 に示しておく．

Fig.2.　n 回の繰り返しの NS チャート

このように，for と while とは， 相互に書き換えが可能であり， 形式的にはほぼ同じものではあるが， 意味的には異なるものである． 処理の意図を明確にするために， 用途に応じて使い分けること．

• 反復回数が既知（きち，known）の場合， for を使う．
• 反復回数が未知（みち，unknown）の場合， while（または do-while）を使う．

終わるまで反復

以前作成した平均値計算プログラム averager.c では，計数反復の for ループでデータ入力を繰り返しており， データ入力の前に，データの個数を指定してやる必要があった． しかし，現実的には，入力作業が終わるまでは， 実際のデータの個数がわからない場合も多い．

そこで List 2 では，条件反復の while ループを使い， データの個数が不明なままでも実行できるように改良してみた．

main()
{
	int  total = 0;		// 合計
	int  n = 0;		// データの個数
	int  x;			// データ
	int  f = 1;		// 反復フラグ

	printf("複数個の非負整数（最後に -1） > ");
	while (f) {			// または while (f == 1)
		scanf("%d", &x);
		if (x < 0) {		// 番兵の場合
			f = 0;			// フラグを下げ → 反復終了へ
		} else {		// 有効データの場合
			total += x;		// 合計を計算
			n++;			// 個数をカウント
		}
	}
	printf("平均 = %f\n", (double)total/(double)n);
}

なお，フラグ（flag；旗）は， ２値データ（Yes/No，有／無，真／偽，等）をおぼえておくための変数である． List 2 の反復フラグ f の働きは，次の通り：

• 有効なデータの入力が続いているときは， フラグを立てておき（f = 1）， ループを続行する．
• 番兵のデータ（負値）が入力されると， フラグを下げ（f = 0）， ループを終了する．

無条件反復

while などの条件反復に対して， 常に成立している条件式を与えることによって， 無条件ループ（無限ループ）を実現できる．

前回の練習問題でも触れた通り， 条件式は，他の数式などと同様に，値をもっている：

このことを利用した無条件ループの一般形は次の通りである：

while (1) {
	繰り返したい処理
}

これで，ループ内の処理は，永久に繰り返されることになる． （もちろん，実際には，ループ内のどこかに， 反復を止めるための処理を入れる必要がある．）

ちなみに，次のようなループは無意味：

while (0) {
	実行されない処理
}

本日の課題

1. 非負整数 x，y の積 x*y を計算するプログラム mul.cを作成せよ． ただし，乗算演算子 * を使わずに， 足し算の繰り返しによって積を求めること．
ヒント： 小学校でも習った通り， x を y 回だけ足して行くと，その合計が積 x*y になる． 繰り返し回数 y が既知なので，反復にはfor 文を使う． 入力には，scanf("%d %d", &x, &y)． あ，合計の初期値はゼロね．

実行例：

$ ./mul
非負整数 x, y > 3 4
3 * 4 = 12

2. 非負整数 x，y の商 x/y を計算するプログラム div.cを作成せよ． ただし，除算演算子 / を使わずに， 引き算の繰り返しによって商を求めること．
ヒント： 小学校でも習ったハズだが， x から y を引いて行き，負になる前に止める． 引いた回数が商 x/y だ． 反復には，while 文を使う． 回数がゼロの場合もありうるので，do-while ではダメだ． また，回数が未知なので，for でもダメ．

実行例：

$ ./div
非負整数 x, y > 13 4
13 / 4 = 3

レポートには，ソースコードだけでなく，実行結果を記述すること． （提出の前に，さまざまな入力データを与えて動作テストを繰り返そう．）

余裕のある人は，反復を利用して， その他の計算（剰余，べき乗，階乗，等）についてもプログラミングしてみよう． また，負の値も使えるようにしてみるのもよいだろう．