for / while / do-while

// カウンタを使って指定回数繰り返します。
for (初期化; 条件式; 更新) {
    処理;
}

// 条件が真の間繰り返します（条件を先に評価します）。
while (条件式) {
    処理;
}

// 処理を実行してから条件を評価します（最低1回実行されます）。
do {
    処理;
} while (条件式);

// ループを途中で抜けます。
break;

// 残りの処理をスキップして次のループに進みます。
continue;

sample_for_while.c

#include <stdio.h>

int main(void) {
    // for ループで 1 から 5 まで出力します。
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        printf("%d ", i); // 『1 2 3 4 5 』と出力されます。
    }
    printf("\n");

    // ネストした for ループで九九の一部を出力します。
    for (int i = 1; i <= 3; i++) {
        for (int j = 1; j <= 3; j++) {
            printf("%d*%d=%d ", i, j, i * j);
        }
        printf("\n");
    }

    // while ループで条件が満たされる間繰り返します。
    int n = 1;
    while (n <= 100) {
        n *= 2;
    }
    printf("100を超える最初の2の累乗: %d\n", n); // 『128』と出力されます。

    // do while で少なくとも1回実行します。
    int count = 0;
    do {
        count++;
        printf("count = %d\n", count);
    } while (count < 3); // 3回出力されます。

    // break で条件に合った要素を見つけたらループを抜けます。
    int nums[] = {3, 7, 2, 9, 4};
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        if (nums[i] == 9) {
            printf("9は%d番目にあります。\n", i); // 『9は3番目にあります。』と出力されます。
            break;
        }
    }

    // continue で偶数だけ出力します。
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        if (i % 2 != 0) continue; // 奇数はスキップします。
        printf("%d ", i); // 『2 4 6 8 10 』と出力されます。
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

コンパイルして実行すると次のようになります。

gcc for_while.c -o for_while
./for_while
1 2 3 4 5
1*1=1 1*2=2 1*3=3
2*1=2 2*2=4 2*3=6
3*1=3 3*2=6 3*3=9
100を超える最初の2の累乗: 128
count = 1
count = 2
count = 3
9は3番目にあります。
2 4 6 8 10

while(1) や for(;;) は意図的な無限ループを表現するイディオムです。break で脱出し、continue で次のイテレーションに進みます。

loop_break_continue.c

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int count = 0;
    while (1) {
        count++;
        if (count % 2 == 0) continue;
        if (count > 9) break;
        printf("%d ", count);
    }
    printf("\n");

    for (int i = 1; i <= 20; i++) {
        if (i % 3 == 0) continue;
        if (i > 12) break;
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

コンパイルして実行すると次のようになります。

gcc loop_break_continue.c -o loop_break_continue
./loop_break_continue
1 3 5 7 9
1 2 4 5 7 8 10 11

C言語では break は直近のループだけを抜けます。多重ループを一度に抜けたい場合は goto を使うパターンがあります。

loop_goto.c

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int matrix[3][4] = {
        {1, 2, 3, 4},
        {5, 6, 0, 8},
        {9, 10, 11, 12}
    };
    int found_row = -1, found_col = -1;

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            if (matrix[i][j] == 0) {
                found_row = i;
                found_col = j;
                goto done;
            }
        }
    }
done:
    if (found_row >= 0) {
        printf("0 は [%d][%d] にあります。\n", found_row, found_col);
    } else {
        printf("0 は見つかりませんでした。\n");
    }
    return 0;
}

コンパイルして実行すると次のようになります。

gcc loop_goto.c -o loop_goto
./loop_goto
0 は [1][2] にあります。

よくあるミス: off-by-one エラー

配列の要素数と for ループの終了条件が合わないと、範囲外アクセスが発生します。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    /* NG: i <= 5 は範囲外（arr[5] は存在しない） */
    for (int i = 0; i <= 5; i++) {
        printf("%d\n", arr[i]);
    }
    return 0;
}

arr[5] は範囲外なので不定値またはクラッシュが発生します。

loop_oob_ok.c

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    /* OK: i < n（< を使う） */
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d\n", arr[i]);
    }
    return 0;
}

修正後は次の通りです。

gcc loop_oob_ok.c -o loop_oob_ok
./loop_oob_ok
10
20
30
40
50

C99以降では『for』の初期化部でループカウンタを宣言できます（例：『for (int i = 0; ...)』）。この場合、変数のスコープはループ内に限定されます。

ループの終了条件を間違えると無限ループになります。特に配列のインデックスには注意が必要で、要素数を超えたアクセスは未定義動作を引き起こします。配列サイズのチェックには『sizeof』を活用してください。

『while (1)』や『for (;;)』は意図的な無限ループを表現するイディオムで、『break』と組み合わせてイベントループやサーバーループに使われます。条件分岐との組み合わせについては『if / else』を参照してください。