[C++] std::vectorをfor文で反復処理する方法

C++のstd::vectorをfor文で反復処理する方法は、インデックスを使用する方法とイテレータを使用する方法の2つがあります。

インデックスを使う場合はfor (size_t i = 0; i < vec.size(); ++i)の形式で、vec[i]で要素にアクセスします。

一方、イテレータを使う場合はfor (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it)の形式で、*itで要素を参照します。

C++11以降では範囲ベースfor文も利用可能で、for (auto& elem : vec)の形式で簡潔に記述できます。

std::vectorとは

std::vectorは、C++の標準ライブラリに含まれる動的配列の一種です。

配列のサイズを動的に変更できるため、要素の追加や削除が容易です。

以下に、std::vectorの主な特徴を示します。

std::vectorは、特に要素数が不明な場合や、頻繁に要素の追加・削除が行われる場合に非常に便利です。

次のセクションでは、std::vectorを使用したfor文での反復処理について詳しく解説します。

for文を使った反復処理の基本

std::vectorの要素を反復処理するためには、通常のfor文を使用することができます。

基本的な構文は以下の通りです。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5}; // 整数のベクターを初期化
    // for文を使って反復処理
    for (size_t i = 0; i < numbers.size(); i++) { // ベクターのサイズ分ループ
        std::cout << numbers[i] << std::endl; // 各要素を出力
    }
    return 0;
}

1
2
3
4
5

このコードでは、std::vector<int>型のnumbersというベクターを作成し、1から5までの整数を格納しています。

for文を使用して、インデックスiを使って各要素にアクセスし、出力しています。

numbers.size()でベクターのサイズを取得し、ループの条件として使用しています。

これにより、すべての要素を順番に処理することができます。

インデックスを使用した反復処理

std::vectorの要素にアクセスする際、インデックスを使用する方法は非常に一般的です。

インデックスを使うことで、特定の位置にある要素を直接参照することができます。

以下に、インデックスを使用した反復処理の例を示します。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<std::string> fruits = {"りんご", "バナナ", "オレンジ", "ぶどう", "いちご"}; // 文字列のベクターを初期化
    // インデックスを使用して反復処理
    for (size_t i = 0; i < fruits.size(); i++) { // ベクターのサイズ分ループ
        std::cout << "フルーツ " << (i + 1) << ": " << fruits[i] << std::endl; // 各要素を出力
    }
    return 0;
}

フルーツ 1: りんご
フルーツ 2: バナナ
フルーツ 3: オレンジ
フルーツ 4: ぶどう
フルーツ 5: いちご

このコードでは、std::vector<std::string>型のfruitsというベクターを作成し、いくつかのフルーツ名を格納しています。

for文を使用して、インデックスiを使って各要素にアクセスし、出力しています。

インデックスを使うことで、要素の位置を明示的に示すことができ、特定の要素に対する操作が容易になります。

イテレータを使用した反復処理

std::vectorでは、イテレータを使用して要素を反復処理することもできます。

イテレータは、コンテナ内の要素を指し示すオブジェクトで、ポインタのように振る舞います。

イテレータを使うことで、より柔軟で安全な反復処理が可能になります。

以下に、イテレータを使用した反復処理の例を示します。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<double> temperatures = {36.5, 37.0, 38.2, 36.8, 37.5}; // 温度のベクターを初期化
    // イテレータを使用して反復処理
    for (std::vector<double>::iterator it = temperatures.begin(); it != temperatures.end(); ++it) { // ベクターの先頭から末尾までループ
        std::cout << "温度: " << *it << " °C" << std::endl; // 各要素を出力
    }
    return 0;
}

温度: 36.5 °C
温度: 37.0 °C
温度: 38.2 °C
温度: 36.8 °C
温度: 37.5 °C

このコードでは、std::vector<double>型のtemperaturesというベクターを作成し、いくつかの温度値を格納しています。

イテレータitを使用して、temperatures.begin()からtemperatures.end()までループし、各要素にアクセスしています。

*itを使って、イテレータが指し示す要素の値を取得し、出力しています。

イテレータを使用することで、コンテナの種類に依存せずに同様の操作が可能になるため、コードの再利用性が向上します。

範囲ベースfor文を使用した反復処理

C++11以降、範囲ベースfor文を使用することで、std::vectorの要素を簡潔に反復処理することができます。

この構文は、イテレータを明示的に使用することなく、コンテナ内のすべての要素にアクセスできるため、コードがより読みやすくなります。

以下に、範囲ベースfor文を使用した反復処理の例を示します。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<std::string> colors = {"赤", "青", "緑", "黄", "紫"}; // 色のベクターを初期化
    // 範囲ベースfor文を使用して反復処理
    for (const std::string& color : colors) { // 各要素を参照で取得
        std::cout << "色: " << color << std::endl; // 各要素を出力
    }
    return 0;
}

色: 赤
色: 青
色: 緑
色: 黄
色: 紫

このコードでは、std::vector<std::string>型のcolorsというベクターを作成し、いくつかの色名を格納しています。

範囲ベースfor文を使用して、colors内の各要素にアクセスし、出力しています。

const std::string& colorとすることで、要素を参照で取得し、コピーを避けることができ、効率的です。

範囲ベースfor文は、特に要素数が多い場合や、コードを簡潔に保ちたい場合に非常に便利です。

各方法の比較と選択基準

std::vectorの要素を反復処理する方法には、主に以下の4つがあります。

それぞれの方法の特徴と選択基準を比較してみましょう。

選択基準

• シンプルさ: 簡単な処理や小規模なプログラムでは、インデックスを使用したfor文が適しています。
• 再利用性: 異なるコンテナを扱う場合や、STLアルゴリズムと組み合わせる場合は、イテレータを使用することが推奨されます。
• 可読性: コードの可読性を重視する場合、範囲ベースfor文が最も適しています。

特に、要素数が多い場合や、複雑な処理を行う場合に有効です。

これらの方法を理解し、状況に応じて適切な方法を選択することで、効率的で可読性の高いコードを書くことができます。

応用例：std::vectorのネスト構造の反復処理

std::vectorは、他のstd::vectorを要素として持つことができるため、ネスト構造を作成することが可能です。

このような場合、二重のfor文や範囲ベースfor文を使用して、ネストされたベクターの要素を反復処理することができます。

以下に、ネスト構造のstd::vectorを反復処理する例を示します。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    // 整数のベクターのベクターを初期化
    std::vector<std::vector<int>> matrix = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6},
        {7, 8, 9}
    };
    // ネストされたベクターを反復処理
    for (const std::vector<int>& row : matrix) { // 各行を参照で取得
        for (int value : row) { // 各行の要素を反復処理
            std::cout << value << " "; // 各要素を出力
        }
        std::cout << std::endl; // 行の終わりで改行
    }
    return 0;
}

1 2 3 
4 5 6 
7 8 9

このコードでは、std::vector<std::vector<int>>型のmatrixという二次元ベクターを作成し、3×3の整数行列を格納しています。

範囲ベースfor文を使用して、外側のベクター(行)を反復処理し、内側のfor文で各行の要素を反復処理しています。

これにより、ネストされた構造の要素を簡潔に出力することができます。

ネスト構造のstd::vectorを扱う際には、このような方法が非常に便利です。

まとめ

この記事では、std::vectorを使用した反復処理のさまざまな方法について解説しました。

インデックスを使用したfor文、イテレータ、範囲ベースfor文のそれぞれの特徴や利点を比較し、ネスト構造のstd::vectorの反復処理の実例も紹介しました。

これらの知識を活用して、実際のプログラミングにおいて効率的で可読性の高いコードを書くことに挑戦してみてください。