条件分岐

[C++] switch-case文の使い方を初心者向けに解説

C++のswitch-case文は、特定の変数の値に応じて異なる処理を実行するための制御構文です。

変数の値を評価し、それに一致するcaseラベルの処理を実行します。

基本構文は「switch(変数) { case 値1: 処理; break; … default: 処理; }」です。

break文を使わないと次のcaseに処理が流れるため注意が必要です。

defaultはどのcaseにも一致しない場合の処理を指定します。

目次から探す

switch-case文とは
switch-case文の基本構文
- 各構成要素の説明
switch-case文の具体例
- 例1: 曜日を表示するプログラム
- 例2: メニュー選択プログラム
switch-case文の注意点
switch-case文の応用
switch-case文とパフォーマンス
switch-case文を使うべきでない場合
まとめ

switch-case文とは

C++におけるswitch-case文は、特定の変数の値に基づいて異なる処理を実行するための制御構文です。

if-else文と似た機能を持っていますが、特に多くの条件を扱う場合に、コードが見やすくなり、効率的に処理を行うことができます。

switch-case文は、整数型や文字型の値を評価し、それに応じたケースにジャンプします。

これにより、複数の条件を簡潔に記述できるため、プログラムの可読性が向上します。

以下に、switch-case文の基本的な構造を示します。

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int value = 2; // 評価する値を設定
    switch (value) { // valueの値に基づいて処理を分岐
        case 1: // valueが1の場合
            cout << "値は1です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 2: // valueが2の場合
            cout << "値は2です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 3: // valueが3の場合
            cout << "値は3です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        default: // どのcaseにも該当しない場合
            cout << "値は1, 2, 3のいずれでもありません。" << endl;
            break; // 処理を終了
    }
    return 0; // プログラムの終了
}

値は2です。

この例では、valueが2であるため、case 2の処理が実行され、「値は2です。」と表示されます。

switch-case文は、条件分岐を簡潔に記述できるため、特に多くの選択肢がある場合に便利です。

switch-case文の基本構文

switch-case文は、特定の変数の値に基づいて異なる処理を実行するための構文です。

基本的な構文は以下のようになります。

switch (式) { // 評価する式を指定
    case 値1: // 値1に一致する場合の処理
        // 処理内容
        break; // 処理を終了
    case 値2: // 値2に一致する場合の処理
        // 処理内容
        break; // 処理を終了
    // 必要に応じて追加のcaseを記述
    default: // どのcaseにも該当しない場合の処理
        // 処理内容
        break; // 処理を終了
}

各構成要素の説明

構成要素	説明
`switch`	分岐の開始を示すキーワード
`式`	評価する変数や式(整数型や文字型)
`case 値`	`switch`で指定した式がこの値に一致する場合の処理
`break`	処理を終了し、`switch`文を抜けるためのキーワード
`default`	どの`case`にも該当しない場合の処理

以下は、switch-case文の基本構文を用いた簡単な例です。

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    char grade = 'B'; // 評価する文字を設定
    switch (grade) { // gradeの値に基づいて処理を分岐
        case 'A': // gradeが'A'の場合
            cout << "優秀です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 'B': // gradeが'B'の場合
            cout << "良好です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 'C': // gradeが'C'の場合
            cout << "普通です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        default: // どのcaseにも該当しない場合
            cout << "評価が不明です。" << endl;
            break; // 処理を終了
    }
    return 0; // プログラムの終了
}

良好です。

この例では、gradeが’B’であるため、case 'B'の処理が実行され、「良好です。」と表示されます。

switch-case文を使用することで、条件分岐を簡潔に記述できることがわかります。

switch-case文の具体例

switch-case文を使った具体的な例をいくつか紹介します。

これにより、実際の使用方法やその効果を理解しやすくなります。

以下の例では、曜日を数値で入力し、その曜日の名前を表示するプログラムを示します。

例1: 曜日を表示するプログラム

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int day; // 曜日を表す整数変数
    cout << "曜日を数字で入力してください (1: 日曜日, 2: 月曜日, ..., 7: 土曜日): ";
    cin >> day; // ユーザーからの入力を受け取る
    switch (day) { // dayの値に基づいて処理を分岐
        case 1: // dayが1の場合
            cout << "日曜日です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 2: // dayが2の場合
            cout << "月曜日です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 3: // dayが3の場合
            cout << "火曜日です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 4: // dayが4の場合
            cout << "水曜日です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 5: // dayが5の場合
            cout << "木曜日です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 6: // dayが6の場合
            cout << "金曜日です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 7: // dayが7の場合
            cout << "土曜日です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        default: // どのcaseにも該当しない場合
            cout << "無効な入力です。" << endl;
            break; // 処理を終了
    }
    return 0; // プログラムの終了
}

曜日を数字で入力してください (1: 日曜日, 2: 月曜日, ..., 7: 土曜日): 3
火曜日です。

このプログラムでは、ユーザーが入力した数字に基づいて、対応する曜日の名前を表示します。

switch-case文を使用することで、複数の条件を簡潔に処理できることがわかります。

例2: メニュー選択プログラム

次に、簡単なメニュー選択プログラムの例を示します。

ユーザーが選択したメニューに応じて、異なる処理を実行します。

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int choice; // メニュー選択を表す整数変数
    cout << "メニューを選択してください:\n";
    cout << "1: 加算\n";
    cout << "2: 減算\n";
    cout << "3: 乗算\n";
    cout << "4: 除算\n";
    cout << "選択: ";
    cin >> choice; // ユーザーからの入力を受け取る
    switch (choice) { // choiceの値に基づいて処理を分岐
        case 1: // choiceが1の場合
            cout << "加算を選択しました。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 2: // choiceが2の場合
            cout << "減算を選択しました。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 3: // choiceが3の場合
            cout << "乗算を選択しました。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 4: // choiceが4の場合
            cout << "除算を選択しました。" << endl;
            break; // 処理を終了
        default: // どのcaseにも該当しない場合
            cout << "無効な選択です。" << endl;
            break; // 処理を終了
    }
    return 0; // プログラムの終了
}

メニューを選択してください:
1: 加算
2: 減算
3: 乗算
4: 除算
選択: 2
減算を選択しました。

この例では、ユーザーが選択したメニューに応じて、対応するメッセージを表示します。

switch-case文を使うことで、メニュー選択の処理が明確になり、可読性が向上します。

switch-case文の注意点

switch-case文を使用する際には、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、より効果的にswitch-case文を活用できるようになります。

以下に主な注意点を挙げます。

1. 値の型に制限がある

switch-case文では、整数型intやcharなど)や列挙型(enumの値を使用することができますが、浮動小数点型floatやdoubleや文字列型stringは使用できません。

これにより、条件分岐の対象が制限されることに注意が必要です。

2. break文の重要性

各caseの処理が終わった後には、必ずbreak文を記述することが重要です。

break文がない場合、次のcaseの処理が実行される「フォールスルー」が発生します。

これにより、意図しない処理が実行される可能性があります。

switch (value) {
    case 1:
        cout << "値は1です。" << endl;
    case 2: // breakがないため、次のcaseも実行される
        cout << "値は2です。" << endl;
        break;
}

3. defaultケースの活用

defaultケースは、どのcaseにも該当しない場合の処理を記述するために使用します。

これを活用することで、予期しない入力に対するエラーハンドリングが可能になります。

defaultケースは必須ではありませんが、実装することをお勧めします。

4. 複雑な条件には不向き

switch-case文は、単純な条件分岐には適していますが、複雑な条件(例えば、範囲を指定した条件や論理演算を含む条件)には不向きです。

その場合は、if-else文を使用する方が適切です。

5. caseの重複に注意

同じ値を持つ複数のcaseを定義することはできません。

重複したcaseがあると、コンパイルエラーが発生します。

各caseの値は一意である必要があります。

6. 整数リテラルの使用

caseに指定する値は、整数リテラルである必要があります。

変数や計算式を使用することはできません。

これにより、caseの条件が明確になります。

7. 可読性の確保

switch-case文は、条件分岐を簡潔に記述できる利点がありますが、あまりにも多くのcaseを持つと可読性が低下します。

必要に応じて、処理を関数に分けるなどして、コードの可読性を保つことが重要です。

これらの注意点を理解し、適切にswitch-case文を使用することで、より効果的なプログラムを作成することができます。

switch-case文の応用

switch-case文は、さまざまな場面で応用可能な強力な制御構文です。

以下に、具体的な応用例をいくつか紹介します。

これにより、switch-case文の使い方をさらに深く理解できるでしょう。

1. 計算機プログラム

switch-case文を使用して、基本的な計算機プログラムを作成することができます。

ユーザーが選択した演算に基づいて、加算、減算、乗算、除算を実行します。

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    char operation; // 演算子を表す変数
    double num1, num2; // 計算に使用する2つの数
    cout << "演算子を入力してください (+, -, *, /): ";
    cin >> operation; // ユーザーからの入力を受け取る
    cout << "2つの数を入力してください: ";
    cin >> num1 >> num2; // ユーザーからの入力を受け取る
    switch (operation) { // operationの値に基づいて処理を分岐
        case '+': // 加算
            cout << "結果: " << num1 + num2 << endl;
            break; // 処理を終了
        case '-': // 減算
            cout << "結果: " << num1 - num2 << endl;
            break; // 処理を終了
        case '*': // 乗算
            cout << "結果: " << num1 * num2 << endl;
            break; // 処理を終了
        case '/': // 除算
            if (num2 != 0) {
                cout << "結果: " << num1 / num2 << endl;
            } else {
                cout << "エラー: ゼロで除算できません。" << endl;
            }
            break; // 処理を終了
        default: // 無効な演算子
            cout << "無効な演算子です。" << endl;
            break; // 処理を終了
    }
    return 0; // プログラムの終了
}

2. ゲームのメニュー選択

ゲームやアプリケーションのメニュー選択にswitch-case文を使用することができます。

ユーザーが選択したオプションに応じて、異なる機能を実行します。

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int choice; // メニュー選択を表す変数
    cout << "メニュー:\n";
    cout << "1: 新しいゲームを開始\n";
    cout << "2: 設定\n";
    cout << "3: 終了\n";
    cout << "選択: ";
    cin >> choice; // ユーザーからの入力を受け取る
    switch (choice) { // choiceの値に基づいて処理を分岐
        case 1: // 新しいゲームを開始
            cout << "新しいゲームを開始します。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 2: // 設定
            cout << "設定メニューを表示します。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 3: // 終了
            cout << "ゲームを終了します。" << endl;
            break; // 処理を終了
        default: // 無効な選択
            cout << "無効な選択です。" << endl;
            break; // 処理を終了
    }
    return 0; // プログラムの終了
}

3. 状態管理

switch-case文は、状態管理にも利用できます。

例えば、あるオブジェクトの状態に応じて異なる処理を実行する場合に便利です。

以下は、簡単な状態管理の例です。

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int state = 1; // オブジェクトの状態を表す変数
    switch (state) { // stateの値に基づいて処理を分岐
        case 1: // 状態1
            cout << "オブジェクトは初期状態です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 2: // 状態2
            cout << "オブジェクトはアクティブ状態です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 3: // 状態3
            cout << "オブジェクトは非アクティブ状態です。" << endl;
            break; // 処理を終了
        default: // 無効な状態
            cout << "無効な状態です。" << endl;
            break; // 処理を終了
    }
    return 0; // プログラムの終了
}

4. エラーハンドリング

switch-case文を使用して、エラーハンドリングを行うこともできます。

エラーコードに基づいて、適切なエラーメッセージを表示することができます。

#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
    int errorCode; // エラーコードを表す変数
    cout << "エラーコードを入力してください (1-3): ";
    cin >> errorCode; // ユーザーからの入力を受け取る
    switch (errorCode) { // errorCodeの値に基づいて処理を分岐
        case 1: // エラーコード1
            cout << "エラー: ファイルが見つかりません。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 2: // エラーコード2
            cout << "エラー: アクセスが拒否されました。" << endl;
            break; // 処理を終了
        case 3: // エラーコード3
            cout << "エラー: 不明なエラーが発生しました。" << endl;
            break; // 処理を終了
        default: // 無効なエラーコード
            cout << "無効なエラーコードです。" << endl;
            break; // 処理を終了
    }
    return 0; // プログラムの終了
}

これらの応用例を通じて、switch-case文がどのようにさまざまな場面で役立つかを理解できるでしょう。

switch-case文を適切に活用することで、プログラムの可読性や保守性を向上させることができます。

switch-case文とパフォーマンス

switch-case文は、条件分岐を効率的に処理するための構文ですが、そのパフォーマンスに関しては、いくつかの要因が影響します。

以下に、switch-case文のパフォーマンスに関するポイントを解説します。

1. 条件分岐の効率性

switch-case文は、特に多くの条件を持つ場合に、if-else文よりも効率的に動作することがあります。

コンパイラは、switch-case文を最適化して、条件を直接的に評価する方法(例えば、ジャンプテーブル)を使用することができます。

これにより、条件分岐の処理が高速化されることがあります。

2. ジャンプテーブルの利用

多くの条件が連続した整数値である場合、コンパイラはジャンプテーブルを生成することがあります。

ジャンプテーブルは、各caseの処理を直接的に参照するための配列のようなもので、条件を評価する際のオーバーヘッドを削減します。

これにより、switch-case文のパフォーマンスが向上します。

3. ケースの数と分布

switch-case文のパフォーマンスは、caseの数やその分布にも依存します。

caseが多すぎる場合、ジャンプテーブルの生成が難しくなり、パフォーマンスが低下することがあります。

また、caseの値が不連続である場合、最適化が難しくなるため、if-else文の方が適している場合もあります。

4. コンパイラの最適化

コンパイラの最適化機能によって、switch-case文のパフォーマンスは大きく変わることがあります。

最新のコンパイラは、switch-case文を効率的に処理するためのさまざまな最適化を行うため、使用するコンパイラのバージョンや設定によってパフォーマンスが異なることがあります。

5. メモリ使用量

switch-case文は、条件分岐のためにメモリを使用します。

特にジャンプテーブルを使用する場合、メモリの使用量が増加することがあります。

条件の数が多い場合や、メモリ制約がある環境では、メモリ使用量に注意が必要です。

6. 実行時のオーバーヘッド

switch-case文は、条件分岐のためのオーバーヘッドが発生しますが、これは通常、if-else文よりも少ない場合があります。

ただし、条件の数が少ない場合や、条件が複雑な場合は、if-else文の方がパフォーマンスが良いことがあります。

7. 適切な使用場面

switch-case文は、特定の条件分岐に対して非常に効果的ですが、すべての状況において最適な選択肢ではありません。

条件が少ない場合や、複雑な条件を扱う場合は、if-else文を使用する方が適切です。

これらのポイントを考慮することで、switch-case文を効果的に使用し、パフォーマンスを最適化することができます。

プログラムの要件や条件の特性に応じて、適切な制御構文を選択することが重要です。

switch-case文を使うべきでない場合

switch-case文は便利な制御構文ですが、すべての状況において最適な選択肢ではありません。

以下に、switch-case文を使うべきでない場合をいくつか挙げます。

1. 複雑な条件分岐

switch-case文は、単純な値の比較には適していますが、複雑な条件(例えば、範囲を指定した条件や論理演算を含む条件)には不向きです。

このような場合は、if-else文を使用する方が明確で可読性が高くなります。

if (value > 10 && value < 20) {
    // 10より大きく20より小さい場合の処理
} else if (value == 5) {
    // valueが5の場合の処理
}

2. 浮動小数点数や文字列の比較

switch-case文は、整数型や文字型の値に対してのみ使用できます。

浮動小数点数floatやdoubleや文字列stringを条件にする場合は、if-else文を使用する必要があります。

if (value == 3.14) {
    // 浮動小数点数の比較
} else if (str == "Hello") {
    // 文字列の比較
}

3. 多数の条件がある場合

switch-case文は、条件が多すぎる場合に可読性が低下することがあります。

特に、caseが多くなると、どの条件がどの処理に対応しているのかが分かりにくくなります。

このような場合は、条件を関数に分けるか、if-else文を使用することを検討してください。

4. 同じ条件が複数ある場合

switch-case文では、同じ値を持つ複数のcaseを定義することはできません。

重複した条件がある場合は、if-else文を使用して、条件を明確に分ける必要があります。

5. デフォルト処理が必要な場合

switch-case文では、defaultケースを使用して、どのcaseにも該当しない場合の処理を記述できますが、複雑なエラーハンドリングやデフォルト処理が必要な場合は、if-else文の方が柔軟性があります。

6. パフォーマンスが重要な場合

switch-case文は、条件分岐の効率性が高い場合がありますが、条件が少ない場合や、条件が複雑な場合は、if-else文の方がパフォーマンスが良いことがあります。

特に、条件が少ない場合は、if-else文を使用する方がオーバーヘッドが少なくなります。

7. 可読性が重視される場合