制御文#
あらゆる事象には分岐点があります。
例えば、コイントスで表が出たら「ご飯を食べる」、裏が出たら「パンを食べる」というように、何かしらの条件によって全く異なる状況になります。
プログラムでは、このような分岐がしばしば必要になります。
ここでは、分岐や繰り返し、例外処理などの制御文について説明します。
条件分岐 (if文)#
条件分岐は、条件によって処理を分岐させる制御文です。
条件分岐は、以下のような構文を持ちます。
以下のプログラムは、コマンドライン引数で指定した値が正か負か0かを判定します。
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
int main(int argc, char *argv[])
{
// 1つめの引数を取得
int data_a = atoi(argv[1]);
if (data_a == 0) {
printf("data_a is zero\n");
} else if (data_a > 0) {
printf("data_a is positive\n");
} else {
printf("data_a is negative\n");
}
return 0;
}
その前にint argc, char *argv[]とatoi(argv[1])について説明します。
int argc, char *argv[]は、コマンドライン引数を受け取るための変数です。
argcは、コマンドライン引数の数を表します。引数が1つのみであれば、argcは1になります。
argvは、コマンドライン引数の配列です。argv[0]は、実行ファイルのパスです。argv[1]は、1つ目の引数です。
atoi(argv[1])は、文字列を整数に変換する関数です。
つまり、このプログラムは、コマンドライン引数で入力された値がargv[1]に格納されてその条件を分岐することができます。
格納された値が0の場合、data_a == 0が成り立ち、printf("data_a is zero\n");が実行されます。
格納された値が0より大きい場合、data_a > 0が成り立ち、printf("data_a is positive\n");が実行されます。
格納された値が0より小さい場合、data_a < 0が成り立ち、printf("data_a is negative\n");が実行されます。
実行方法は以下の通りです。
g++ if.cpp -o if_exec
./if_exec 1
結果は以下の通りです。
data_a is positive
しかし、現在のプログラムでは、コマンドライン引数が1つでない場合にエラーが発生します。
当然ですが、コマンドライン引数が1つもない場合には、argv[1]が存在しないため、エラーが発生します。
そのため、以下のように、コマンドライン引数が1つでない場合には、エラーを出力するようにプログラムを修正します。
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
int main(int argc, char *argv[])
{
// コマンドライン引数が1つでない場合はエラーを出力
if (argc != 2) {
printf("error: invalid number of arguments\n");
return 1;
}
// 1つめの引数を取得
int data_a = atoi(argv[1]);
if (data_a == 0) {
printf("data_a is zero\n");
} else if (data_a > 0) {
printf("data_a is positive\n");
} else {
printf("data_a is negative\n");
}
return 0;
}
条件式で、argc != 2とすることで、コマンドライン引数が2つでない（引数は1でない）場合に、printf("error: invalid number of arguments\n");が実行されて、エラー終了します。
return 1は、プログラミングでは、エラー終了を表すためによく使われます。
条件分岐 (switch文)#
switch文は、値を比較して、条件に合う処理を実行する制御文です。
if文よりも、条件が多い場合に、プログラムが簡潔になります。
ここでは、引数に応じて、処理を分岐するプログラムを作成します。
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
int main(int argc, char *argv[])
{
// コマンドライン引数が1つでない場合はエラーを出力
if (argc != 2) {
printf("error: invalid number of arguments\n");
return 1;
}
// 1つめの引数を取得
int data_a = atoi(argv[1]);
switch (data_a) {
case 0:
printf("data_a is zero\n");
break;
case 1:
printf("data_a is one\n");
break;
case 2:
printf("data_a is two\n");
break;
default:
printf("data_a is other\n");
break;
}
return 0;
}
switch (data_a)の部分で、data_aの値を比較します。
case 0:の部分で、data_aが0の場合に、printf("data_a is zero\n");が実行されます。
case 1:の部分で、data_aが1の場合に、printf("data_a is one\n");が実行されます。
case 2:の部分で、data_aが2の場合に、printf("data_a is two\n");が実行されます。
default:の部分で、data_aが0, 1, 2以外の場合に、printf("data_a is other\n");が実行されます。
switch文では、breakを忘れないようにしましょう。
これがないと、次のcaseに進んでしまいます。
また、switchの中で、変数を宣言することもできます。
ただし、caseの中で、変数を宣言すると、caseの外では、その変数を使用することができません。
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
int main(int argc, char *argv[])
{
// コマンドライン引数が1つでない場合はエラーを出力
if (argc != 2) {
printf("error: invalid number of arguments\n");
return 1;
}
// 1つめの引数を取得
int data_a = atoi(argv[1]);
switch (data_a) {
case 0: {
int data_b = 0;
printf("data_a is zero\n");
printf("data_b is %d\n", data_b);
break;
}
case 1: {
int data_b = 1;
printf("data_a is one\n");
printf("data_b is %d\n", data_b);
break;
}
case 2: {
int data_b = 2;
printf("data_a is two\n");
printf("data_b is %d\n", data_b);
break;
}
default: {
int data_b = 3;
printf("data_a is other\n");
printf("data_b is %d\n", data_b);
break;
}
}
return 0;
}
繰り返し (for文)#
繰り返しは、条件が成り立つ限り、処理を繰り返す制御文です。
全く同じプログラムを10回繰り返すよりも、1回の処理を10回繰り返す方が、ミスや手間が減ります。
ここでは、値の出力を10回繰り返すプログラムを作成します。
#include <cstdio>
int main()
{
for (int i = 0; i < 10; i++) {
printf("i = %d\n", i);
}
return 0;
}
for (int i = 0; i < 10; i++)は、iが0から始まり、10未満の間、iを1ずつ増やしながら、繰り返す制御文です。
printf("i = %d\n", i);は、iの値を出力するプログラムです。
実行方法は以下の通りです。
g++ for.cpp -o for_exec
./for_exec
結果は以下の通りです。
i = 0
i = 1
i = 2
i = 3
i = 4
i = 5
i = 6
i = 7
i = 8
i = 9
iが10にならないのは、i < 10となっているためです。詳しくは04_operatorを確認してください。
繰り返し (while文)#
for文は、指定された回数だけ繰り返す制御文です。
一方でwhile文は、条件が成り立つ限り繰り返す制御文です。
そのため、whileでは「条件を満たすまで実行」という意味合いで使用されることが多いです。
以下のプログラムは、data_aが0になるまで、data_aを2で割り続けるプログラムです。
#include <cstdio>
int main()
{
int data_a = 100;
while (data_a > 0) {
data_a /= 2;
printf("data_a = %d\n", data_a);
}
return 0;
}
data_aが0になるまで、data_aを2で割り続けるために、data_a /= 2としています。
ちなみに、int型で指定された変数は、小数点以下は切り捨てられます。
0.9は0になるので注意です。
実行方法は以下の通りです。
g++ while.cpp -o while_exec
./while_exec
結果は以下の通りです。
data_a = 50
data_a = 25
data_a = 12
data_a = 6
data_a = 3
data_a = 1
data_a = 0
繰り返し (do-while文)#
while文は、条件が成り立つ限り繰り返す制御文です。
一方でdo-while文は、条件が成り立つ限り繰り返す制御文ですが、while文と違い、最初に1回は処理を実行します。
そのため、whileと異なり、必ず1回は処理を実行することが保証されます。
while(1)#
while(1)は、無限ループを表す制御文です。
中断する術がないため、無限ループは、プログラムが終了しなくなります。
Linuxでは、Ctrl + Cで強制終了できます。
以下に、無限ループのプログラムを示します。
#include <cstdio>
int main()
{
while (1) {
printf("Hello World\n");
}
return 1;
}
break#
breakは、繰り返し処理を中断する制御文です。
以下のプログラムは、data_aが0になるまで、data_aを2で割り続けるプログラムです。
ただし、data_aが10になったら、繰り返し処理を中断します。
#include <cstdio>
int main()
{
int data_a = 100;
while (data_a > 0) {
data_a /= 2;
printf("data_a = %d\n", data_a);
if (data_a <= 10) {
printf("break!\n");
break;
}
}
return 0;
}
実行方法は以下の通りです。
g++ break.cpp -o break_exec
./break_exec
結果は以下の通りです。
data_a = 50
data_a = 25
data_a = 12
data_a = 6
break!
breakでは、最も内側の繰り返し処理を中断します。
continue#
continueは、繰り返し処理を中断し、次の繰り返し処理を実行する制御文です。
breakと異なり、最も内側の繰り返し処理を中断しますが、次の繰り返し処理を実行します。
以下のプログラムは、data_aが0になるまで、data_aを2で割り続けるプログラムです。
途中までcontinueで出力をスキップさせてみます。
#include <cstdio>
int main()
{
int data_a = 100;
while (data_a > 0) {
data_a /= 2;
if (data_a > 10) {
continue;
}
printf("data_a = %d\n", data_a);
}
return 0;
}
実行方法は以下の通りです。
g++ continue.cpp -o continue_exec
./continue_exec
結果は以下の通りです。
data_a = 6
data_a = 3
data_a = 1
data_a = 0