C++において繰り返し処理はプログラムの根幹を成す重要な要素です。

その中でもfor文は、回数が決まっている処理やデータ構造の全要素走査において最も汎用性が高い制御構文といえます。

C++の進化に伴い、従来のカウンタ変数を用いた形式だけでなく、C++11で導入された範囲ベースfor文、さらにC++20やC++23で追加された強力なライブラリとの連携など、その記述方法は多様化しています。

本記事では、初心者が押さえるべき基本から、現場で推奨される最新の記述スタイルまでを網羅的に解説します。

目次 [ close ]
  1. 基礎的なfor文の構造と仕組み
    1. 基本構文の解説
    2. 基本的なfor文の実装例
  2. 範囲ベースfor文 (Range-based for loop) の活用
    1. 範囲ベースfor文の構文
    2. 実践的な使用例
  3. C++20/C++23における最新のループ制御
    1. 初期化式付き範囲ベースfor文 (C++20)
    2. std::views::enumerate によるインデックス付き走査 (C++23)
  4. 二重ループと多次元配列の操作
    1. 二重ループによる九九表の作成
  5. for文における制御文 (breakとcontinue)
    1. breakによるループの脱出
    2. continueによる処理のスキップ
  6. for文を利用する際の注意点とベストプラクティス
    1. 無限ループに注意する
    2. インクリメントの選択
    3. 適切なループ形式の選択
    4. コンテナのサイズ取得と型
  7. まとめ

基礎的なfor文の構造と仕組み

C++のfor文の最も基本的な形は、初期化式、継続条件式、変化式の3つの要素で構成されます。

この形式はカウンタベースのループと呼ばれ、特定の回数だけ処理を繰り返したい場合や、配列のインデックスを直接操作したい場合に適しています。

基本構文の解説

for文の構文は以下の通りです。

C++
for (初期化式; 継続条件式; 変化式) {
    // 繰り返したい処理
}
  1. 初期化式：ループが始まる前に一度だけ実行されます。通常はカウンタ変数の宣言と初期化を行います。
  2. 継続条件式：各ループの開始前に評価されます。この式が true である限り、ループ内の処理が実行されます。
  3. 変化式：ループ内の処理が終わるたびに実行されます。カウンタ変数の値を増やしたり減らしたりします。

基本的なfor文の実装例

以下のプログラムは、0から4までの数値を順番に出力する単純な例です。

C++
#include <iostream>

int main() {
    // 0から4まで順番に表示する
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        std::cout << "現在の値: " << i << std::endl;
    }

    return 0;
}
実行結果
現在の値: 0
現在の値: 1
現在の値: 2
現在の値: 3
現在の値: 4

この例では、int i = 0 で変数を初期化し、i < 5 が成立している間ループを続け、一周ごとに ++i で値を増やしています。

C++では慣習として、変化式には後置インクリメント i++ よりも、効率的な場合がある前置インクリメント ++i を使用することが推奨されます。

範囲ベースfor文 (Range-based for loop) の活用

C++11から導入された範囲ベースfor文は、配列やコンテナ (std::vectorなど) の全要素を走査するための最も洗練された方法です。

インデックスの管理を手動で行う必要がないため、記述ミスによるバグ (オフバイワンエラーなど) を防ぐことができ、コードの可読性も劇的に向上します。

範囲ベースfor文の構文

C++
for (要素の宣言 : 範囲対象) {
    // 各要素に対する処理
}

実践的な使用例

std::vector を用いた具体的なコードを見てみましょう。

要素を変更しない場合は const 参照を、変更する場合は参照を用いるのが一般的です。

C++
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

int main() {
    std::vector<std::string> fruits = {"apple", "banana", "cherry"};

    // const参照を用いた読み取り専用のループ
    std::cout << "フルーツ一覧:" << std::endl;
    for (const auto& fruit : fruits) {
        std::cout << " - " << fruit << std::endl;
    }

    // 参照を用いた要素の書き換え
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (auto& num : numbers) {
        num *= 2; // 各要素を2倍にする
    }

    std::cout << "2倍になった数値:" << std::endl;
    for (int n : numbers) {
        std::cout << n << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}
実行結果
フルーツ一覧:
 apple
 banana
 cherry
2倍になった数値:
2 4 6 8 10

autoキーワードを活用することで、複雑な型名を省略しつつ、型の安全性を保つことができます。

大きなオブジェクトを扱う際は、コピーを避けるために必ず参照 (&) を使用するようにしましょう。

C++20/C++23における最新のループ制御

近年のC++規格アップデートにより、for文はさらに強力になりました。

特にC++20で導入された初期化式付きの範囲ベースfor文や、C++23のライブラリ機能は、ループの記述をより宣言的で簡潔なものにしています。

初期化式付き範囲ベースfor文 (C++20)

範囲ベースfor文の弱点の一つは、「現在のインデックス番号がわからない」ことでした。

C++20では、範囲ベースfor文の中でループ内でのみ有効な変数を初期化できるようになりました。

C++
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<std::string> teams = {"Team A", "Team B", "Team C"};

    // インデックス変数 i を初期化しつつ、範囲ベースfor文を実行
    for (int i = 0; const auto& team : teams) {
        std::cout << i << ": " << team << std::endl;
        ++i; // インデックスを手動で進める
    }

    return 0;
}
実行結果
0: Team A
1: Team B
2: Team C

std::views::enumerate によるインデックス付き走査 (C++23)

C++23では、<ranges> ヘッダーに std::views::enumerate が追加されました。

これにより、上記のような手動のインデックス管理すら不要になり、構造化束縛を用いてインデックスと値を同時に取得できます。

C++
#include <iostream>
#include <vector>
#include <ranges> // C++23 std::views::enumerate

int main() {
    std::vector<std::string> colors = {"Red", "Green", "Blue"};

    // インデックスと要素を同時に取得 (C++23)
    for (auto [index, color] : std::views::enumerate(colors)) {
        std::cout << "Index " << index << " は " << color << " です。" << std::endl;
    }

    return 0;
}
実行結果
Index 0 は Red です。
Index 1 は Green です。
Index 2 は Blue です。

この方法は、モダンなC++開発において非常に強力な武器となります。

コードが短くなるだけでなく、意図が明確になり、保守性が向上します。

二重ループと多次元配列の操作

複雑なデータ構造を扱う場合、for文の中にさらにfor文を記述する二重ループ (多重ループ)が利用されます。

これは行列計算や画像処理、格子状のマップデータの走査などで頻繁に登場します。

二重ループによる九九表の作成

以下は、外側のループで行を、内側のループで列を制御する典型的な例です。

C++
#include <iostream>
#include <iomanip> // std::setwのため

int main() {
    // 1の段から3の段までの九九表を作成
    for (int i = 1; i <= 3; ++i) {
        for (int j = 1; j <= 9; ++j) {
            // std::setw(3)で表示幅を整える
            std::cout << std::setw(3) << i * j;
        }
        std::cout << std::endl; // 行の終わりに改行
    }

    return 0;
}
実行結果
  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

多重ループを使用する際の注意点として、ループの回数が「外側の回数 × 内側の回数」になるため、計算量が爆発的に増える可能性があります。

特に大規模なデータセットに対して三重、四重とループを重ねる場合は、アルゴリズムの効率を慎重に検討する必要があります。

for文における制御文 (breakとcontinue)

ループの挙動を動的に変更するために、break 文と continue 文が用意されています。

これらを適切に使い分けることで、不要な処理をスキップしたり、特定の条件下でループを即座に終了させたりすることが可能です。

breakによるループの脱出

break は、実行された瞬間に最も内側のループを終了します。

探索処理などで目的のデータが見つかった際に、それ以上の走査を中止する場合によく使われます。

C++
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> data = {10, 25, 40, 55, 70, 85};
    int target = 55;

    for (int value : data) {
        if (value == target) {
            std::cout << target << " を発見しました。処理を終了します。" << std::endl;
            break; // ループを抜ける
        }
        std::cout << value << " を確認中..." << std::endl;
    }

    return 0;
}
実行結果
10 を確認中...
25 を確認中...
40 を確認中...
55 を発見しました。処理を終了します。

continueによる処理のスキップ

continue は、ループ内の残りの処理をスキップし、次の繰り返しステップ (変化式) へ直ちに移動します。

特定の条件に合致する要素だけを除外して処理を続けたい場合に便利です。

C++
#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "奇数のみを表示します:" << std::endl;
    for (int i = 1; i <= 5; ++i) {
        if (i % 2 == 0) {
            continue; // 偶数の場合はこれ以降の処理を飛ばす
        }
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}
実行結果
奇数のみを表示します:
1 3 5

for文を利用する際の注意点とベストプラクティス

効率的でバグのないプログラムを書くためには、単に構文を知っているだけでは不十分です。

C++の特性を活かした設計指針を意識することが重要です。

無限ループに注意する

継続条件式が常に true になるような構成にすると、無限ループが発生します。

意図的な無限ループ (for (;;)) はサーバーの待機処理などで使われますが、不注意による無限ループはプログラムのフリーズを招きます。

インクリメントの選択

前述の通り、C++では ++i を使用する習慣をつけましょう。

基本型である int ではパフォーマンスの差はほぼありませんが、イテレータ (反復子)を使用する場合、後置インクリメント i++ は「インクリメント前の状態のコピー」を作成する必要があるため、オーバーヘッドが生じることがあります。

適切なループ形式の選択

モダンなC++開発においては、以下の優先順位でループを選択することが推奨されます。

  1. 範囲ベースfor文：コンテナの全要素を走査する場合の第一選択です。
  2. 標準ライブラリのアルゴリズム：std::for_each や std::any_of など、目的が明確な場合はこれらを使用します。
  3. 従来のfor文：インデックスを不規則に操作する場合や、複雑な増分設定が必要な場合に使用します。

コンテナのサイズ取得と型

従来のfor文でコンテナのサイズを扱う場合、int 型ではなく、コンテナの size() メソッドが返す std::size_t 型を使用してください。

C++
std::vector<int> v = {1, 2, 3};
// 符号なし整数型と符号あり整数型の比較による警告を避ける
for (std::size_t i = 0; i < v.size(); ++i) {
    // 処理
}

符号なし整数 (std::size_t) と符号あり整数 (int) の比較は、コンパイラによって警告が出るだけでなく、非常に大きな配列を扱う際に予期せぬ動作を引き起こすリスクがあります。

まとめ

C++におけるfor文は、言語の進化とともに利便性と安全性が向上し続けています。

  • 従来のfor文は、細かいループ制御やインデックス操作が必要な場合に依然として有効です。
  • 範囲ベースfor文は、コードの可読性を高め、バグを減らすための標準的な選択肢です。
  • C++20/C++23の新機能を活用することで、インデックスの管理や特定のビューに基づいた走査がより簡潔に記述できるようになりました。

プログラミングの現場では、単に動くコードを書くだけでなく、「他人が読みやすく、メンテナンスしやすいコード」を書くことが求められます。

本記事で紹介した最新のスタイルやベストプラクティスを、日々のコーディングにぜひ取り入れてみてください。

状況に応じて最適なループ形式を選択できる能力は、C++エンジニアとしてのスキルアップに直結します。