ループ文 — Project Hematite

同じコードブロックを10回コピー＆ペーストするのはプログラミングではない — それは単純作業であり、将来バグが潜む場所を10箇所作ることになる。ループを使えば「この処理を繰り返せ」と一度だけ明確に書け、繰り返しはコンピュータに任せられる。ループこそが、1つのアイテムを扱うプログラムを100万個のアイテムを扱うプログラムへと変える道具だ。

ループが存在する理由

1から5までの数を表示したいとする。ループなしでは5つのほぼ同一の文を書く。ループを使えば、ロジックを一度書いて何回実行するかをプログラムに伝えるだけだ。カウンタや要素だけが変わる同じコードブロックを繰り返し書いているなら、ループが正しい道具だ。

`while` ループ

while ループは、条件が true である限り本体を繰り返し実行する。条件が false になった瞬間、ループは停止して閉じ波括弧の後ろから実行が続く。

const std = @import("std");

pub fn main() void {
    var i: u32 = 1;
    while (i <= 5) {
        std.debug.print("{}\n", .{i});
        i += 1;
    }
}

出力：

continue式

Zigの while ループにはオプションのcontinue式（continue expression）がある — 各イテレーションの終わりに実行されるステップで、本体を早期スキップするために continue を使ったイテレーションでも実行される（continue については後述）。条件と本体の間にコロンで区切って書く：

while (condition) : (step) {
    // 本体
}

先ほどの例はcontinue式を使ってすっきり書き直せる：

const std = @import("std");

pub fn main() void {
    var i: u32 = 1;
    while (i <= 5) : (i += 1) {
        std.debug.print("{}\n", .{i});
    }
}

インクリメントをcontinue式に移すことで、本体のロジックから分離される。後から continue を追加してもインクリメントをうっかり省略しにくくなる。

`for` ループ

for ループはスライス（slice）や配列（array）のすべての要素を反復処理する。インデックス変数を手動で管理する必要はなく、ループがキャプチャ（capture）を通じて各要素を直接渡してくれる：

const std = @import("std");

pub fn main() void {
    const fruits = [_][]const u8{ "apple", "banana", "cherry" };

    for (fruits) |fruit| {
        std.debug.print("{s}\n", .{fruit});
    }
}

出力：

apple
banana
cherry

|fruit| 構文がキャプチャで、各イテレーションで fruit は現在の要素に束縛される。元の配列は変更されない。

インデックスもキャプチャする

各要素の位置も知りたい場合は、配列と 0.. から始まる範囲をまとめて扱える：

const std = @import("std");

pub fn main() void {
    const fruits = [_][]const u8{ "apple", "banana", "cherry" };

    for (fruits, 0..) |fruit, i| {
        std.debug.print("{}: {s}\n", .{ i, fruit });
    }
}

出力：

0: apple
1: banana
2: cherry

0.. は各要素と同期してゼロから数え上がる整数を生成する。二つのキャプチャ |fruit, i| は、左から右の順で二つのイテラブル (fruits, 0..) に対応する。

`break` と `continue`

二つのキーワードで、イテレーション途中にループの通常の流れを変えられる。

continue は現在のイテレーションの本体の残りをスキップして次のイテレーションへジャンプする。continue式を持つ while ループでは、continue式は引き続き実行される。

const std = @import("std");

pub fn main() void {
    var i: u32 = 0;
    while (i < 10) : (i += 1) {
        if (i % 2 == 0) continue; // 偶数をスキップ
        std.debug.print("{}\n", .{i});
    }
}

出力：1 3 5 7 9（それぞれ別の行）。

break は条件がまだ true かどうかにかかわらず、即座にループを抜け出す。

const std = @import("std");

pub fn main() void {
    var i: u32 = 0;
    while (i < 100) : (i += 1) {
        if (i == 5) break; // 早期終了
        std.debug.print("{}\n", .{i});
    }
}

出力：0 1 2 3 4（それぞれ別の行）。ループは6以上に到達しない。

無限ループ

while (true) という条件のループは、内部で break が実行されない限り永遠に動き続ける。このパターンを無限ループ（infinite loop）と呼び、終了条件がループの内側から自然に表現できるときに適切な選択となる — イベントループ、REPL（Read-Eval-Print Loop）、センチネル値が現れるまで入力を読み続ける処理などだ。

const std = @import("std");

pub fn main() void {
    var count: u32 = 0;
    while (true) {
        count += 1;
        if (count == 3) break;
    }
    std.debug.print("stopped at {}\n", .{count}); // stopped at 3
}

while (true) は意図的に使うこと。論理エラーで break に到達しない偶発的な無限ループはプログラムをハングさせる。

ネストしたループのためのラベル付き `break`

ループをネストした場合、単純な break は最も内側のループしか抜け出せない。内側のループから外側のループを抜け出すために、Zigでは外側のループにラベルを付けて break と組み合わせられる：

const std = @import("std");

pub fn main() void {
    outer: for (0..4) |row| {
        for (0..4) |col| {
            if (row == 2 and col == 2) break :outer;
            std.debug.print("({}, {})\n", .{ row, col });
        }
    }
    std.debug.print("done\n", .{});
}

break :outer がなければ、break は内側の for ループしか抜け出せず、外側のループは継続する。ループの直前に置いたラベル outer: は break :outer と continue :outer の両方で対象にできる。

ループを式として使う

Zigではループを式として使える — ループが値を生み出し、それを変数に代入できる。ループから値を返すには、break に値を渡す：

const std = @import("std");

pub fn main() void {
    // リストの中で最初の偶数を探す。なければ 0。
    const numbers = [_]i32{ 1, 3, 7, 8, 11 };

    const first_even: i32 = for (numbers) |n| {
        if (n % 2 == 0) break n; // n をループの値として生み出す
    } else 0; // else ブランチはループが break なしに完了した場合に実行される

    std.debug.print("first even: {}\n", .{first_even}); // first even: 8
}

for または while ループの後の else 節は、ループが一度も break を実行せずに完了した場合にのみ実行される。探索が空振りに終わったときのデフォルト値を提供するのに自然な場所だ。

まとめ

ループを使えば、コードを複製することなくコードブロックを繰り返せて、同じロジックを1つのアイテムから任意の数までスケールできる。
while ループは条件が true である間実行される。オプションのcontinue式 while (cond) : (step) { } は continue で早期スキップされたイテレーションも含め、毎回のイテレーション後に step を実行する。
for ループはスライスや配列を反復処理する。for (items) |item| { } で要素をキャプチャし、for (items, 0..) |item, i| { } でゼロ始まりのインデックスもキャプチャできる。
continue は次のイテレーションへスキップし、break は即座にループを抜け出す。
無限ループ（while (true)）は終了条件がループ内部で決まる場合の正しいパターンだ。
ラベル（outer: for ... と break :outer）を使えば、ネストしたループの内側から外側のループを抜け出せる。
ループは式として機能できる：break value で値を生み出し、ループ後の else 節が break なしに完了した場合のフォールバックを提供する。

ループが存在する理由

while ループ