繰り返し (ループ)

何かを繰り返し実行したいことがよくある。

例えば、1 から 10 までの整数の三乗の和を求めたいとしよう。

let sum;
sum = 1 ** 3 + 2 ** 3 + 3 ** 3 + 4 ** 3 + 5 ** 3 + 6 ** 3 + 7 ** 3 + 8 ** 3 + 9 ** 3 + 10 ** 3;
console.log(sum);

と書けるが、間違いやすいし、1 から 100 までの場合を計算したい場合はさらに長くなり、間違いが混入する可能性が高くなる。 このような場合は for ループを使う (詳細は後で説明するので、今はざっと目を通してもらえれば良い)。

let sum = 0;	// 初期化を忘れないこと!

let i;
for (i = 1; i <= 10; i++) {
  sum += i ** 3; // sum = sum + i ** 3; でもよい
}
console.log(sum);

これをフローチャートとして書くと次のようになる。

「上から下へ」の流れ以外に、前に戻る流れがあるのが分かる。 すなわちこれも「制御構造」の一つである。 また、菱形が出てきていることからも分かるように、本質的には条件分岐であることも分かるだろう。

ひとまず、簡単な例で体感してみよう。

let i;
for (i = 0; i < 3; i++) {
  console.log(i);
}

let sum = 0;
let i;
for (i = 1; i <= 5; i++) {
  sum += i;
  console.log("  i =", i, ", sum =", sum);
}
console.log("Sum is", sum);

let i;
for (i = 0; i < 3; i++) {
  console.log(i);
}

let i = 1
for ( ; i < 3; i++) {	// ! 可能だが避けるべき書き方 !
  console.log("Hello, World");
}

小まとめ

まとめると、 for 文は、

for ([初期化]; [ループ条件]; [更新]) {
  処理
}

という構造になっており、このフローチャートは次のようになる。

各ループは、

1. ループ条件の評価

2. ブロック実行

3. 更新

が、この順番で繰り返されていることに注意しよう。

以下で、実際に確認してみよう。

下の Run をクリックして、次のプログラムを実行してみよ。 実行されている部分がマークされるので、どこがいつ実行されているか確認せよ。

Run Reset

実行結果

Clear

次の二問で、処理のタイミングをもう一度確認しよう。

次のプログラムを実行すると Hello, World は何回表示されるか? それはなぜか? 答を検討したら、実際に実行して確認してみよ。

let i;
for (i = 0; i < -1; i++) {
  console.log("Hello, World\n");
}

Run

実行結果

Clear

次のプログラムを実行すると何が表示されるか? それはなぜか? 答を検討したら、実際に実行して確認してみよ。

let i;
for (i = 1; i <= 10; i++) {
  // 何もしない
}
console.log(i);

Run

実行結果

Clear

let i;
for (i = 0; i < 3; i++) {
  ...
}

// i はここ以降でも有効

for (let i = 0; i < 3; i++) {
  ...
}

// ここではもう i は使えない

for (let i = 0; i < 10; i++) {
  console.log("Hello, World");
}

for (let i = 1; i <= 10; i++) {
  console.log("Hello, World");
}

let sum = 0;
for (let i = 1; i <= 10; i++) {
  sum += i;
}
console.log(sum);

for は繰り返し回数が重要であったが、繰り返し回数が事前に分からず、ある条件を満たしている間は繰り返したい、という場合がある。

例えば、1 からの整数の三乗を足していったとき、最初に 1000 を越えるのはいつかを知りたいとしよう。 この場合、事前に繰り返し回数は分からないので、for では書きにくい。 その場合、 while を使って次のように書くことができる。

let n = 0;
let sum = 0;
while (sum < 1000) {
  n++;
  sum += n ** 3;
  console.log(n, sum);
}
console.log("Result: ", n, sum);

while 文の構造は次のようになっている。

while (ループ条件) {
  処理
}

これは、まずループ条件を評価し、これが真だったらブロックが実行される。 for と同様に、まず条件が判定されるので、ブロックが一度も実行されない場合がある。

上で「for では書きにくい」と書いたが、実は for ループでも書ける。

// ! 良くない書き方 !
let sum = 0;
for (let i = 1; sum < 1000; i++) {	// i と sum がまざっている
  sum += i ** 3;
}
console.log(sum);

しかし、これは良くない書き方である。 for の () の中が複数の変数で構成されていて、分かりにくい (後で見たとき勘違いしやすい)。 そもそも for と while の (英単語の) 意味を考えると、この場合は while の方が適切である。

「他の人が見て分かりやすい」プログラムを書くことは重要である。 「他の人が見て分かりやすい」ということは、自分が後で見たときに分かりやすいということでもあり、 そのようなプログラムはバグが少なくなるか、あっても発見しやすくなる。 「動けば良い」という方針で書かれたプログラムは、バグが入りやすい。

ありがちな間違いについても見ておこう。

do-while ループは while に非常に似ているが、少なくとも一回は実行される点が異なる。 使用頻度は比較的低い。

do {
  // 処理
} while ([ループ条件]);

これは、まずブロックが実行される。 ブロック実行後にループ条件が評価され、真だったらループを繰り返す。

ループを途中で抜けたいときには、 break を使うことができる。 ただし break の使用は可能なら避けるのが望ましい。 使う前に、本当に必要であるか、より良い書き方が無いか良く考えてから使用するようにしよう。 break は for でも while でも do-while でも使用できる。

比較的良く使うパターンは次のものである。

ある繰り返し計算 (例えば ニュートン法 を用いた計算) をしていて、収束したら終了させたい場合、理論的には、

do {
  // 計算
} while (! converged);	// converged には具体的な条件を書く

と書ける。

しかし、収束するとは限らない場合 (大抵そうである)、最大の繰り返し回数を定めておいて、 その回数以内に収束しなかったら諦めるようにしたいということが良くある。 そのような場合、例えば、

let MAXLOOP = 100;

for (let i = 0; i < MAXLOOP; i++) {
  // 計算

  if (converged) {
    break;
  }
}

あるいは、ほぼ同じであるが、

let MAXLOOP = 100;

let i = 0;
do {
  // 計算

  if (converged) {
    break;
  }
  i++;
} while (i < MAXLOOP);

などと書ける。 これは、回数制限付き (ここでは 100 回) の do-while と見ることができる。

なお、入れ子の for/while/do-while (ループの中のループ) で break を使用した場合は、その break から見て 最も内側の ループを抜ける。

ループを書く際には、終了条件に十分注意しよう。 ループが一回多かったり、あるいは一回少なかったりするのはよくあるミスである。 このようなミスもかなり見つけにくいことが多い。

また、常に成立する (絶対に不成立にならない) 条件を書くとループが終わらない無限ループとなる。

ここでは、繰り返しの方法の基礎について学んだ。 繰り返しの為には

• for

• while

• do-while

が使える。 また、これらで使える break について説明した。