ネストされたループとその使い方

1. はじめに

まず最初の疑問：なんでわざわざループの中にもう一個ループを入れる必要があるの？って話。実は、データやタスクって一列だけじゃなくて、テーブルとかグリッド、もっと多次元な構造になってることが多いんだ。例えば、九九表を画面に出したいとか、2次元配列を全部回りたいとか、全ての要素ペアの組み合わせを数えたいとか。こういう時はループ一個じゃ足りなくて、ループの中にループが必要になるんだよね。

プログラミングでネストされたループってのは、目覚まし時計が2個あるみたいな感じ。外側のが鳴り始めたら、その中でまたもう一個が鳴り出す。つまり、外側の「1回」の間に、内側は全部回りきる（そして外側が進むたびにまた内側が全部回る）。

いい例が「時」と「分」。時は0から23までの外側ループ、分は0から59までの内側ループ。外側が1つ進むごとに、内側は全部の値を回るってわけ。

2. ネストされたループの書き方

C#だと、ネストされたループの書き方は普通のループと全く同じ。単純にループの中にもう一個ループを書くだけ。forとwhileの例を見てみよう：

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    for (int j = 0; j < 4; j++)
    {
        Console.Write($"{i},{j} ");
    }
    Console.WriteLine();
}

ここでは外側ループがi（0から2まで）、内側ループがj（0から3まで）をコントロールしてる。iの値ごとに、内側ループはj=0からj=3まで全部回る。このコードを実行すると、座標の表がきれいに出てくるよ：

0,0 0,1 0,2 0,3 
1,0 1,1 1,2 1,3 
2,0 2,1 2,2 2,3 

whileを使った同じ例も見てみよう：

int i = 0;
while (i < 3)
{
    int j = 0;
    while (j < 4)
    {
        Console.Write($"{i},{j} ");
        j++;
    }
    Console.WriteLine();
    i++;
}

ポイント：外側ループの1回ごとに、内側ループの変数（j）は毎回初期化しないと、1行しか出力されなくなるから注意！

3. ネストされたループの使い方例

例1：チェスボード（8x8）の出力

最初の課題は、黒と白のマスでできたクラシックなチェスボードを画面に出すこと（#が黒、_が白としよう）。ネストされたforループでやってみる：

for (int row = 0; row < 8; row++)
{
    for (int col = 0; col < 8; col++)
    {
        if ((row + col) % 2 == 0)
            Console.Write("_");
        else
            Console.Write("#");
    }
    Console.WriteLine();
}

結果：

_#_#_#_#
#_#_#_#_
_#_#_#_#
#_#_#_#_
_#_#_#_#
#_#_#_#_
_#_#_#_#
#_#_#_#_

大事なポイント：ネストしてるからこそ、各行（row）ごとに全ての列（col）を回れる。ネストがなかったら、1行か1列しか出せないよ。

例2：九九表

ネストされたループの定番！1～9の九九表を出してみよう：

for (int i = 1; i <= 9; i++)
{
    for (int j = 1; j <= 9; j++)
    {
        Console.Write($"{i * j,3} ");
    }
    Console.WriteLine();
}

${i * j,3}のフォーマットで、表がきれいに揃うようにスペースを入れてるよ。

結果：

   1   2   3   4   5   6   7   8   9
  2   4   6   8  10  12  14  16  18 
  3   6   9  12  15  18  21  24  27 
  4   8  12  16  20  24  28  32  36 
...
  9  18  27  36  45  54  63  72  81 

4. ネストされたループのコントロールと注意点

breakとcontinueのネストループでの影響

ここで初心者がよくハマる！breakやcontinueを内側ループで使うと、そのループだけに効く。外側ループは普通に続くからね。

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    for (int j = 0; j < 5; j++)
    {
        if (j == 3)
            break; // 内側ループだけ抜ける！
        Console.Write($"{i},{j} ");
    }
    Console.WriteLine();
}

結果：

0,0 0,1 0,2 
1,0 1,1 1,2 
2,0 2,1 2,2 

もし2重ループを一気に抜けたい場合（例えば最初に見つかった一致で即終了したい時とか）は、フラグを使ったり、return（全部関数内でやってる場合）みたいなテクニックを使うのが普通。

5. ネストされたループの可視化

ネストされたループの実行順序って、頭の中でイメージしにくいこともあるよね。こんなフローチャートを見てみよう：

表で考えると、iが1から3、jが1から4の時、全部で何回ループが回る？

6. ネストされたループでのミスや落とし穴

よくあるミスは、内側ループの変数の初期化を間違えること。例えば、外側ループの外で宣言して、毎回リセットしないと、内側ループが全然回らなかったり、変な動きになる。

int j = 0;
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    while (j < 4) // あれ？jは最初のループで4になってるかも。
    {
        Console.Write($"{i},{j} ");
        j++;
    }
    Console.WriteLine();
}

この場合、ループは1回しか動かない。内側ループの変数は外側ループの中で初期化するのを忘れずに！

それから、うっかり同じ変数名で2重ループを書いちゃうと、コンパイラに怒られるよ。「その変数はもう定義されてる」ってね。

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        Console.Write($"{i},{i} ");
    }
    Console.WriteLine();
}

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アンケート/クイズ

ループ、レベル 4、レッスン 5

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