繰り返し処理

[C++] for (auto)を使った範囲ベースループの使い方

2025-01-18更新日: 2025-01-18

範囲ベースのforループは、C++11以降で導入された構文で、コンテナや配列の要素を簡潔に反復処理するために使用されます。

for (auto x : container)の形式で記述し、containerの各要素が順にxに代入されます。

autoを使うことで型を自動推論でき、コードが簡潔になります。

要素を変更したい場合はauto&を使用します。

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範囲ベースforループとは

C++11以降、範囲ベースforループ(range-based for loop)が導入され、コンテナや配列の要素を簡単に反復処理できるようになりました。

この構文を使用することで、従来のforループに比べてコードがシンプルで読みやすくなります。

範囲ベースforループは、特にコレクションの要素を一つずつ処理する際に非常に便利です。

以下に、範囲ベースforループの基本的な特徴を示します。

特徴	説明
シンプルな構文	繰り返し処理のためのコードが短くなる
自動型推論	`auto`を使うことで型を明示する必要がない
参照の使用	要素を参照で取得することで効率的に処理

このように、範囲ベースforループはC++プログラミングにおいて非常に強力なツールとなっています。

次のセクションでは、範囲ベースforループの基本構文について詳しく見ていきます。

範囲ベースforループの基本構文

範囲ベースforループの基本構文は非常にシンプルです。

以下の形式で記述します。

for (型 変数名 : コレクション) {
    // 処理内容
}

ここで、型は要素のデータ型、変数名は各要素を格納するための変数、コレクションは配列やベクターなどの反復可能なオブジェクトを指します。

例：配列を使った範囲ベースforループ

以下は、整数の配列を範囲ベースforループで処理する例です。

#include <iostream>
int main() {
    int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 整数の配列
    // 範囲ベースforループを使用して配列の要素を出力
    for (int number : numbers) {
        std::cout << number << std::endl; // 各要素を出力
    }
    return 0;
}

このコードを実行すると、配列の各要素が順番に出力されます。

範囲ベースforループを使用することで、配列の要素を簡潔に処理できることがわかります。

次のセクションでは、範囲ベースforループの使用例について詳しく見ていきます。

範囲ベースforループの使用例

範囲ベースforループは、さまざまなコレクションに対して簡単に使用できます。

ここでは、配列、std::vector、およびstd::mapを使った具体的な例を示します。

配列の使用例

配列の要素を範囲ベースforループで処理する例です。

#include <iostream>
int main() {
    char letters[] = {'A', 'B', 'C', 'D', 'E'}; // 文字の配列
    // 範囲ベースforループを使用して配列の要素を出力
    for (char letter : letters) {
        std::cout << letter << " "; // 各要素を出力
    }
    return 0;
}

A B C D E

std::vectorの使用例

std::vectorを使用した範囲ベースforループの例です。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> values = {10, 20, 30, 40, 50}; // 整数のベクター
    // 範囲ベースforループを使用してベクターの要素を出力
    for (int value : values) {
        std::cout << value << std::endl; // 各要素を出力
    }
    return 0;
}

std::mapの使用例

std::mapを使用した範囲ベースforループの例です。

キーと値のペアを処理します。

#include <iostream>
#include <map>
int main() {
    std::map<std::string, int> ageMap = {{"Alice", 30}, {"Bob", 25}, {"Charlie", 35}}; // 名前と年齢のマップ
    // 範囲ベースforループを使用してマップの要素を出力
    for (const auto& pair : ageMap) {
        std::cout << pair.first << "の年齢は" << pair.second << "歳です。" << std::endl; // 各要素を出力
    }
    return 0;
}

Aliceの年齢は30歳です。
Bobの年齢は25歳です。
Charlieの年齢は35歳です。

これらの例から、範囲ベースforループがさまざまなコレクションに対して簡単に使用できることがわかります。

次のセクションでは、範囲ベースforループでの参照の活用について詳しく見ていきます。

範囲ベースforループでの参照の活用

範囲ベースforループでは、要素を参照で取得することができます。

これにより、要素のコピーを作成することなく、効率的に処理を行うことが可能です。

特に、大きなデータ構造やオブジェクトを扱う場合、参照を使用することでパフォーマンスを向上させることができます。

参照を使った範囲ベースforループの基本構文

参照を使用する場合、型の前に&を付けて記述します。

以下の形式になります。

for (型& 変数名 : コレクション) {
    // 処理内容
}

例：std::vectorでの参照の使用

以下は、std::vectorの要素を参照で取得し、値を変更する例です。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5}; // 整数のベクター
    // 範囲ベースforループを使用してベクターの要素を参照で取得
    for (int& number : numbers) {
        number *= 2; // 各要素を2倍にする
    }
    // 変更後の要素を出力
    for (const int& number : numbers) {
        std::cout << number << std::endl; // 各要素を出力
    }
    return 0;
}

このコードを実行すると、各要素が2倍に変更され、出力結果は以下の通りです。

参照を使うメリット

パフォーマンス向上: 大きなオブジェクトをコピーする必要がなく、メモリの使用量を削減できます。
直接的な変更: 参照を使用することで、元のデータを直接変更することができます。

範囲ベースforループで参照を活用することで、効率的かつ効果的にデータを処理できることがわかります。

次のセクションでは、範囲ベースforループの注意点について詳しく見ていきます。

範囲ベースforループの注意点

範囲ベースforループは非常に便利ですが、いくつかの注意点があります。

これらを理解しておくことで、より安全かつ効果的に使用することができます。

以下に主な注意点を示します。

コンテナの変更

範囲ベースforループ内で、ループ対象のコンテナを変更することは避けるべきです。

要素を追加したり削除したりすると、未定義の動作を引き起こす可能性があります。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    // 範囲ベースforループ内でコンテナを変更するのは危険
    for (int number : numbers) {
        if (number == 3) {
            numbers.push_back(6); // 要素を追加
        }
        std::cout << number << std::endl;
    }
    return 0;
}

このコードは、実行時にエラーを引き起こす可能性があります。

コンテナのサイズが変更されるため、ループの動作が不安定になります。

const修飾子の使用

読み取り専用の処理を行う場合は、要素をconst参照で取得することをお勧めします。

これにより、意図しない変更を防ぐことができます。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    // const参照を使用して要素を変更しないことを明示
    for (const int& number : numbers) {
        std::cout << number << std::endl; // 各要素を出力
    }
    return 0;
}

空のコンテナへの対応

範囲ベースforループは、空のコンテナに対しても問題なく動作しますが、ループ内の処理が実行されないことを理解しておく必要があります。

空のコンテナを扱う際は、特別な処理が必要な場合があります。

型の一致

範囲ベースforループでは、要素の型が一致している必要があります。

異なる型の要素を持つコンテナに対しては、コンパイルエラーが発生します。

これらの注意点を理解し、適切に範囲ベースforループを使用することで、より安全で効率的なプログラミングが可能になります。

次のセクションでは、範囲ベースforループの応用的な使い方について詳しく見ていきます。

応用的な使い方

範囲ベースfor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、いくつかの応用的な使い方を紹介します。

複数のコレクションの同時処理

範囲ベースforループを使って、複数のコレクションを同時に処理することができます。

以下の例では、2つのstd::vectorを同時にループ処理し、要素を足し合わせています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> a = {1, 2, 3};
    std::vector<int> b = {4, 5, 6};
    std::vector<int> result; // 結果を格納するベクター
    // 2つのベクターを同時に処理
    for (size_t i = 0; i < a.size(); ++i) {
        result.push_back(a[i] + b[i]); // 要素を足し合わせて結果に追加
    }
    // 結果を出力
    for (const int& value : result) {
        std::cout << value << std::endl; // 各要素を出力
    }
    return 0;
}

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条件付き処理

範囲ベースforループ内で条件を使って、特定の要素だけを処理することも可能です。

以下の例では、偶数の要素だけを出力しています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    // 偶数の要素だけを出力
    for (const int& number : numbers) {
        if (number % 2 == 0) { // 偶数のチェック
            std::cout << number << std::endl; // 偶数を出力
        }
    }
    return 0;
}

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ネストされた範囲ベースforループ

範囲ベースforループをネストして、2次元配列やベクターを処理することもできます。

以下の例では、2次元ベクターの要素を出力しています。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<std::vector<int>> matrix = {
        {1, 2, 3},
        {4, 5, 6},
        {7, 8, 9}
    };
    // ネストされた範囲ベースforループを使用して2次元ベクターを出力
    for (const auto& row : matrix) {
        for (const int& value : row) {
            std::cout << value << " "; // 各要素を出力
        }
        std::cout << std::endl; // 行の区切り
    }
    return 0;
}