[C++] for (auto)を使った範囲ベースループの使い方

Q: autoを使わない範囲ベースループは可能ですか？

はい、autoを使わない範囲ベースループも可能です。 要素の型を明示的に指定することで、範囲ベースループを使用できます。 例えば、std::vector<int> numbersに対しては、for (int number : numbers)のように書くことができます。 ただし、autoを使うことで型推論が行われ、コードがより簡潔になるため、通常はautoを使うことが推奨されます。

2024-08-232024-08-26

C++の範囲ベースループは、コンテナや配列の要素を簡単に反復処理するための構文です。

このループは、forキーワードの後に(auto & element : container)の形式で記述されます。

ここでautoは要素の型を自動的に推論し、elementは各要素を指します。

範囲ベースループは、コードを簡潔にし、イテレータを明示的に使用する必要がないため、可読性を向上させます。

また、const修飾子を使用することで、要素を変更しないことを保証することも可能です。

この記事でわかること

範囲ベースループの目的と従来のforループとの違い
配列やベクター、マップに対する範囲ベースループの使用例
コンテナのネストやラムダ式との組み合わせによる応用例
constを使った安全なループの方法と注意点

目次から探す

範囲ベースループとは

C++11で導入された範囲ベースループは、コンテナや配列の要素を簡潔に反復処理するための構文です。

従来のforループに比べて、コードの可読性が向上し、バグの発生を抑えることができます。

範囲ベースループの基本

範囲ベースループの目的

範囲ベースループの主な目的は、配列やコンテナの要素を簡単に反復処理することです。

従来のforループでは、インデックスを使って要素にアクセスする必要がありましたが、範囲ベースループではその必要がありません。

これにより、コードがシンプルになり、インデックスの範囲外アクセスなどのバグを防ぐことができます。

従来のforループとの違い

従来のforループでは、以下のようにインデックスを使って要素にアクセスします。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (size_t i = 0; i < numbers.size(); ++i) {
        std::cout << numbers[i] << std::endl;
    }
    return 0;
}

範囲ベースループを使うと、インデックスを使わずに要素に直接アクセスできます。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (auto number : numbers) {
        std::cout << number << std::endl;
    }
    return 0;
}

このように、範囲ベースループを使うことで、コードがより簡潔で読みやすくなります。

範囲ベースループの構文

基本的な構文

範囲ベースループの基本的な構文は以下の通りです。

for (declaration : expression) {
    // ループ内での処理
}

declarationは、ループ内で使用する変数の宣言です。
expressionは、反復処理を行う対象のコンテナや配列です。

autoキーワードの役割

範囲ベースループでは、autoキーワードを使って変数の型を自動的に推論することができます。

これにより、コードがさらに簡潔になります。

autoを使うことで、コンテナの要素の型を明示的に指定する必要がなくなり、コードの保守性が向上します。

例えば、以下のコードではautoを使って要素の型を自動的に推論しています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (auto number : numbers) {
        std::cout << number << std::endl;
    }
    return 0;
}

この例では、autoによってnumberの型が自動的にintと推論されます。

これにより、コードがより柔軟で読みやすくなります。

範囲ベースループの使用例

範囲ベースループは、配列やコンテナの要素を簡単に操作するための便利な方法です。

ここでは、配列、ベクター、マップに対する範囲ベースループの使用例を紹介します。

配列に対する範囲ベースループ

配列の要素を出力する

配列の要素を範囲ベースループで出力する方法を示します。

#include <iostream>
int main() {
    int numbers[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    for (auto number : numbers) {
        std::cout << number << std::endl;
    }
    return 0;
}

このコードは、配列numbersの各要素を順番に出力します。

範囲ベースループを使うことで、インデックスを使わずに要素にアクセスできます。

配列の要素を変更する

配列の要素を範囲ベースループで変更する方法を示します。

#include <iostream>
int main() {
    int numbers[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    for (auto& number : numbers) {
        number *= 2; // 各要素を2倍にする
    }
    for (auto number : numbers) {
        std::cout << number << std::endl;
    }
    return 0;
}

この例では、auto&を使って参照を取得し、配列の各要素を2倍にしています。

参照を使うことで、元の配列の要素を直接変更できます。

ベクターに対する範囲ベースループ

ベクターの要素を出力する

ベクターの要素を範囲ベースループで出力する方法を示します。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (auto number : numbers) {
        std::cout << number << std::endl;
    }
    return 0;
}

このコードは、ベクターnumbersの各要素を順番に出力します。

配列と同様に、範囲ベースループを使うことで、インデックスを使わずに要素にアクセスできます。

ベクターの要素を変更する

ベクターの要素を範囲ベースループで変更する方法を示します。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (auto& number : numbers) {
        number += 10; // 各要素に10を加える
    }
    for (auto number : numbers) {
        std::cout << number << std::endl;
    }
    return 0;
}

この例では、auto&を使って参照を取得し、ベクターの各要素に10を加えています。

参照を使うことで、元のベクターの要素を直接変更できます。

マップに対する範囲ベースループ

キーと値のペアを出力する

マップのキーと値のペアを範囲ベースループで出力する方法を示します。

#include <iostream>
#include <map>
int main() {
    std::map<std::string, int> scores = {{"Alice", 90}, {"Bob", 85}, {"Charlie", 95}};
    for (const auto& pair : scores) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }
    return 0;
}

このコードは、マップscoresの各キーと値のペアを順番に出力します。

auto&を使って参照を取得し、pair.firstでキー、pair.secondで値にアクセスします。

値の変更

マップの値を範囲ベースループで変更する方法を示します。

#include <iostream>
#include <map>
int main() {
    std::map<std::string, int> scores = {{"Alice", 90}, {"Bob", 85}, {"Charlie", 95}};
    for (auto& pair : scores) {
        pair.second += 5; // 各値に5を加える
    }
    for (const auto& pair : scores) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }
    return 0;
}

この例では、auto&を使って参照を取得し、マップの各値に5を加えています。

参照を使うことで、元のマップの値を直接変更できます。

応用例

範囲ベースループは、基本的な使い方だけでなく、さまざまな応用が可能です。

ここでは、コンテナのネスト、ラムダ式との組み合わせ、constの使用について紹介します。

コンテナのネストに対する範囲ベースループ

二次元配列の処理

二次元配列を範囲ベースループで処理する方法を示します。

#include <iostream>
int main() {
    int matrix[2][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}};
    for (const auto& row : matrix) {
        for (auto element : row) {
            std::cout << element << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
    return 0;
}

このコードは、二次元配列matrixの各要素を出力します。

ネストされた範囲ベースループを使うことで、二次元配列の各行と各要素にアクセスできます。

ベクターの中のマップの処理

ベクターの中にマップがある場合の処理方法を示します。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <map>
int main() {
    std::vector<std::map<std::string, int>> data = {
        {{"Alice", 90}, {"Bob", 85}},
        {{"Charlie", 95}, {"David", 80}}
    };
    for (const auto& map : data) {
        for (const auto& pair : map) {
            std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
        }
    }
    return 0;
}

この例では、ベクターdataの中にある各マップのキーと値のペアを出力しています。

ネストされた範囲ベースループを使うことで、複雑なデータ構造を簡単に処理できます。

範囲ベースループとラムダ式の組み合わせ

ラムダ式を使った要素のフィルタリング

ラムダ式を使って要素をフィルタリングする方法を示します。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    numbers.erase(std::remove_if(numbers.begin(), numbers.end(), [](int number) {
        return number % 2 == 0; // 偶数を削除
    }), numbers.end());
    for (auto number : numbers) {
        std::cout << number << std::endl;
    }
    return 0;
}

このコードは、ベクターnumbersから偶数を削除しています。

std::remove_ifとラムダ式を組み合わせることで、条件に基づいた要素のフィルタリングが可能です。

ラムダ式を使った要素の変換

ラムダ式を使って要素を変換する方法を示します。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::for_each(numbers.begin(), numbers.end(), [](int& number) {
        number *= 2; // 各要素を2倍にする
    });
    for (auto number : numbers) {
        std::cout << number << std::endl;
    }
    return 0;
}

この例では、std::for_eachとラムダ式を使って、ベクターnumbersの各要素を2倍にしています。

ラムダ式を使うことで、要素の変換処理を簡潔に記述できます。

範囲ベースループとconstの使用

constを使った安全なループ

constを使って安全にループを行う方法を示します。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    const std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (const auto& number : numbers) {
        std::cout << number << std::endl;
    }
    return 0;
}

このコードは、constを使ってベクターnumbersの要素を出力しています。

constを使うことで、ループ内で要素を変更しないことを保証できます。