【C言語】while文の使い方完全ガイド｜初心者向けの書き方から無限ループの回避策まで

C言語を学習する際、避けては通れない最重要トピックの一つが「繰り返し処理（ループ）」です。

その中でも、特定の条件が満たされている間、処理を何度も実行するwhile文は、プログラムの柔軟性を高めるために欠かせない構文です。

数値計算からユーザー入力の待機、さらにはOSのメインループに至るまで、while文はあらゆる場面で利用されています。

しかし、初心者のうちは「いつwhile文を使うべきか」「無限ループをどう防ぐか」といった点で躓きやすいのも事実です。

本記事では、while文の基本から応用、そして実務で役立つ注意点まで、プロの視点で徹底的に解説します。

C言語におけるwhile文の役割と基本概念

プログラミングにおける「繰り返し」とは、同じ、あるいは類似した処理を何度も自動的に実行することを指します。

C言語には主にfor文、while文、do-while文の3種類のループ構文が用意されています。

その中でもwhile文は「条件が成立している間はずっと繰り返す」という性質を持っており、実行回数が事前に決まっていない場合に非常に強力なツールとなります。

例えば、センサーの値が一定基準を超えるまで待機したり、ユーザーが「終了」ボタンを押すまで入力を受け付けたりする処理は、while文の得意分野です。

C言語の設計思想は「シンプルかつ自由度が高い」ことですが、while文はその象徴とも言える構造をしています。

最小限の記述で複雑な反復ロジックを構築できる反面、条件設定を誤るとプログラムが停止しない「無限ループ」を引き起こす可能性もあるため、正しい理解が必要です。

while文の基本構文と実行の流れ

まずは、while文の最も基本的な書き方とその仕組みについて見ていきましょう。

基本的な書き方とサンプルコード

while文の構文は非常にシンプルです。

以下のような形式で記述します。

while (条件式) {
    // 条件式が「真」の間、繰り返し実行される処理
}

この構文において、プログラムはまず()内の条件式を評価します。

その結果が「真（true）」であれば、波括弧 {} 内のブロックを実行します。

ブロック内の処理が終わると、再び条件式の評価に戻ります。

この流れが、条件式が「偽（false）」になるまで繰り返されます。

具体的なコード例を見てみましょう。

0から4までの数字を表示するプログラムです。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int i = 0; // カウンタ変数の初期化

    while (i < 5) { // iが5より小さい間繰り返す
        printf("現在の値: %d\n", i);
        i++; // カウンタ変数を更新（インクリメント）
    }

    return 0;
}

このプログラムでは、変数 i が5になった時点で i < 5 という条件が偽になり、ループを抜けます。

ここで重要なのは、ループ内で必ず「いつか条件を偽にするための処理（i++など）」を含めることです。

条件式の評価ルール：真（true）と偽（false）

C言語において、条件式が「真」か「偽」かは、数値によって判断されます。

• 0以外（1や-1など）はすべて「真」として扱われる
• 0は「偽」として扱われる

このルールを理解しておくと、while (1) がなぜ無限ループを意味するのか、あるいはフラグ変数を使ってループを制御する方法などがスムーズに理解できるようになります。

while文とfor文の使い分け

初心者がよく抱く疑問に「while文とfor文はどう使い分ければいいのか」というものがあります。

どちらも繰り返し処理を実現できますが、慣習的に推奨される使い分けが存在します。

明確な回数が決まっていない場合に強いwhile文

for文は、初期化・条件式・更新式を1行にまとめる形式であるため、「10回繰り返す」「配列の要素数分だけ回す」といった回数ベースの処理に適しています。

対してwhile文は、条件式のみを括弧内に記述するため、「特定の状態になるまで続ける」という状態ベースの処理に向いています。

例えば、ファイルの終端（EOF）に達するまでデータを読み込む処理などは、while文で書くのが一般的です。

do-while文：必ず1回は実行するループ

while文には、派生形としてdo-while文が存在します。

通常のwhile文が「前判定（処理の前に条件をチェック）」であるのに対し、do-while文は「後判定（処理の後に条件をチェック）」となります。

while文とdo-while文の動作比較

do-while文の構文は以下の通りです。

do {
    // 繰り返し実行される処理
} while (条件式);

最後にセミコロン ; が必要である点に注意してください。

この構文の最大の特徴は、条件が最初から偽であっても、必ず1回はブロック内の処理が実行されることです。

例えば、ユーザーに数値を入力させ、その値が不適切なら再入力を促すようなプログラムでは、まず1回は入力処理を行う必要があるため、do-while文が非常に適しています。

int num;
do {
    printf("1以上の数値を入力してください: ");
    scanf("%d", &num);
} while (num <= 0);

このように、処理を実行した結果に基づいて次回のループ判定を行いたい場合に便利です。

ループ制御の応用：breakとcontinue

while文のループをより細かく制御するために、break文とcontinue文が用意されています。

これらを使いこなすことで、複雑な条件分岐を伴うループをすっきりと記述できます。

breakによる強制終了

break文は、実行された瞬間に最も内側のループを強制的に終了し、ループの外へ脱出します。

通常、if文と組み合わせて「特定の例外的な状況が発生したらループを止める」という使い方をします。

while (1) {
    int data = get_sensor_data();
    if (data == -1) { // エラー値が返ってきたら
        break; // ループを抜ける
    }
    process_data(data);
}

continueによる処理のスキップ

一方、continue文は、ループ自体は終了させませんが、その回の残りの処理をスキップして、すぐに次の条件判定（whileの先頭）へジャンプします。

特定のデータだけを除外して処理を続けたい場合に有効です。

int i = 0;
while (i < 10) {
    i++;
    if (i % 2 == 0) {
        continue; // 偶数のときは以下のprintfをスキップ
    }
    printf("奇数: %d\n", i);
}

continueを使用する際は、カウンタ変数の更新をスキップしてしまわないよう、記述位置に注意が必要です。

上記の例では、i++ を continue より前に置くことで無限ループを回避しています。

無限ループの仕組みと活用・回避策

「プログラムが止まらなくなる」というのは、開発者にとって恐ろしい事態ですが、意図的な無限ループはシステム開発において重要な役割を果たします。

意図的な無限ループの記述

C言語で意図的に無限ループを作る最も一般的な方法は、while (1) を使うことです。

while (1) {
    // サーバーの待機処理、ゲームのメインループなど
}

1は「真」であるため、この条件は常に満たされ続けます。

組み込みシステムの制御プログラムや、常にリクエストを待ち続けるサーバーアプリケーションでは、このようにプログラムが終了しない構造が基本となります。

もちろん、特定の終了コマンドを受け取った際には、前述の break を使って脱出するロジックを組み込みます。

予期せぬ無限ループを防ぐデバッグのコツ

意図しない無限ループは、主に以下の原因で発生します。

1. カウンタ変数の更新忘れ：ループ内で変数の値が変わらない。
2. 条件式のミス：決して偽にならない条件を設定してしまう（例：i > -1 など）。
3. 浮動小数点数の比較：float型などの誤差により、厳密な一致判定が通らない。

無限ループに陥った場合は、Windowsなら「Ctrl + C」、多くの統合開発環境（IDE）なら停止ボタンを押すことで強制終了できます。

開発中は、ループの回数に上限を設ける、またはログを出力して変数の推移を確認するといった対策が有効です。

複数の条件を組み合わせる論理演算の活用

while文の条件式には、&&（かつ）や ||（または）といった論理演算子を組み合わせて、より詳細な継続条件を設定できます。

while (i < 100 && flag == 0) {
    // iが100未満、かつ、flagが0の間だけ実行
}

このように記述することで、複数の終了条件を一つのwhile文で管理できるようになります。

ただし、条件が複雑になりすぎるとコードの可読性が低下するため、複雑な場合はif文とbreakを組み合わせて整理することを検討してください。

while文を入れ子（ネスト）にする多重ループ

while文の中にさらに別のwhile文を記述することを「入れ子（ネスト）」と呼びます。

これは、二次元配列の操作や、九九の表のような格子状のデータ処理を行う際に多用されます。

int x = 1;
while (x <= 9) {
    int y = 1;
    while (y <= 9) {
        printf("%d×%d=%2d ", x, y, x * y);
        y++;
    }
    printf("\n");
    x++;
}

多重ループでは、「内側のループ」が完全に終わってから「外側のループ」が1ステップ進むという動きを理解することが重要です。

また、内側のループで使う変数の初期化をどこで行うか（上記の例では int y = 1; の位置）を間違えると、意図した動作になりません。

実践！while文を使ったアルゴリズム例

より実践的な例として、ユーザーが入力した数値の合計を計算し、0が入力されたら終了するプログラムを考えてみましょう。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int input;
    int sum = 0;

    printf("数値を入力してください（0で終了）:\n");

    while (1) {
        scanf("%d", &input);
        
        if (input == 0) {
            break; // 0ならループ終了
        }
        
        sum += input;
        printf("現在の合計: %d\n", sum);
    }

    printf("最終的な合計は %d です。\n", sum);
    return 0;
}

この例では、while (1) と break を組み合わせることで、「まず入力を受け取り、その値を見てから抜けるかどうかを決める」という、中途判定ループを実現しています。

これは実務で非常によく使われるパターンです。

よくあるエラーと修正方法

while文を扱う際、多くの学習者が陥りやすいミスがあります。

これらを知っておくことで、デバッグの時間を大幅に短縮できます。

• whileの直後にセミコロンを書いてしまうwhile (i < 10); と書くと、そこで空のループが繰り返され、下のブロックが実行されません。
• ループ変数の初期化忘れint i; のように初期値を入れずにwhile文を始めると、メモリ内のゴミの値が使われ、予期せぬ動作をします。必ず int i = 0; のように初期化しましょう。
• 条件式の「等号」のミスwhile (i = 5) と書くと、比較ではなく「代入」になってしまいます。代入の結果は5（真）なので、無限ループになります。正しくは while (i == 5) です。

まとめ

C言語のwhile文は、シンプルながらも非常に強力な繰り返し構文です。

条件が真である限り処理を継続するという特性は、不確定な回数の反復が必要な場面で真価を発揮します。

本記事で解説した以下のポイントをしっかり押さえておきましょう。

• 基本構文は while (条件式) { 処理 }
• 実行回数が不明な場合はwhile、決まっている場合はforが適している
• 必ず1回実行したいならdo-while文を使う
• breakとcontinueで柔軟にループを制御する
• 無限ループには注意し、意図しない場合はカウンタ更新を確認する

プログラミングのスキルアップには、実際に手を動かしてコードを書くことが一番の近道です。

今回紹介したサンプルコードをベースに、条件を変えたり新しい処理を加えたりして、while文の動きを体感してみてください。

慣れてくれば、複雑なロジックもwhile文を使ってスマートに実装できるようになるはずです。