Javaのループ徹底攻略：基本から応用、組み合わせまで💻

はじめに (対象読者・この記事でわかること)

この記事は、Javaプログラミングの学習を始めたばかりの初学者の方、あるいは他の言語経験はあるがJavaのループ構文を改めて学びたい方を対象としています。プログラミングにおいて、同じ処理を何度も繰り返す「ループ」は非常に重要な概念であり、効率的なコードを書く上で避けては通れません。

この記事を読むことで、Javaにおける基本的なループ（for、while、do-while、拡張for）の種類とそれぞれの使い方がわかります。さらに、複数のループを組み合わせる「ネストされたループ」の実装方法や、ループの途中で処理を制御するbreakやcontinueキーワードについても理解を深めることができます。最終的には、様々なシナリオに応じて最適なループ構造を選択し、効果的に活用できるようになることを目指します。

前提知識

この記事を読み進める上で、以下の知識があるとスムーズです。

• Java開発環境の基本的なセットアップ (JDKのインストールなど)
• Javaの基本的な文法 (変数宣言、データ型、条件分岐 if 文など)
• コンソールへの出力方法 (System.out.println())

Javaのループとは？なぜ必要なのか

プログラミングにおける「ループ（繰り返し処理）」とは、特定のコードブロックを繰り返し実行するための制御構造です。例えば、「1から100までの数字を順番に表示する」「配列に格納されたすべてのデータの合計を計算する」「ユーザーが正しい値を入力するまで入力を促し続ける」といった処理は、すべてループを使って実現できます。

なぜループが必要なのでしょうか？ もしループがなければ、上記の例のような繰り返し処理を行うためには、同じコードを必要な回数だけ手作業で記述しなければなりません。これは非効率的であるだけでなく、コードの量が増え、可読性が低下し、修正や保守が非常に困難になります。

ループを使用することで、以下のメリットが得られます。

• コードの簡潔化: 同じ処理を何度も書く手間が省け、コード量が大幅に削減されます。
• 可読性の向上: 繰り返し処理の意図が明確になり、コードが読みやすくなります。
• 保守性の向上: 繰り返し処理の内容を変更する際、一箇所修正するだけで済み、バグのリスクを減らせます。
• 柔軟性の向上: 繰り返しの回数を動的に変更したり、特定の条件で処理を中断したりといった柔軟な制御が可能になります。

Javaには、主にforループ、whileループ、do-whileループ、そしてコレクションや配列の要素を簡単に処理できる拡張forループ（for-eachループ）の4種類のループ構文があります。それぞれのループには特徴があり、解決したい問題に応じて最適なループを選択することが重要です。

Javaのループ徹底解説：基本から組み合わせまで

ここでは、Javaにおける各ループの種類と、それらを効果的に組み合わせる方法を具体的なコード例を交えて詳しく解説します。

ステップ1: 基本的なループ構造を学ぶ

1. forループ

forループは、繰り返しの回数が明確な場合によく使われます。特定の回数だけ処理を繰り返したいときや、配列の要素をインデックスに基づいて順番に処理したいときに便利です。

構文:

Java

for (初期化; 条件式; 更新式) {
    // 繰り返し実行される処理
}

• 初期化: ループ変数を宣言・初期化します。ループが開始される前に一度だけ実行されます。
• 条件式: 毎回の繰り返し処理の前に評価されます。trueであればループが継続し、falseであればループが終了します。
• 更新式: 毎回の繰り返し処理の後に実行されます。通常はループ変数の値を増減させます。

コード例: 1から5までの数字を表示

Java

public class ForLoopExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("--- for ループ ---");
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            System.out.println("現在の値: " + i);
        }
        // 出力:
        // --- for ループ ---
        // 現在の値: 1
        // 現在の値: 2
        // 現在の値: 3
        // 現在の値: 4
        // 現在の値: 5
    }
}

コード例: 配列の要素を順に表示

Java

public class ForLoopArrayExample {
    public static void main(String[] args) {
        String[] fruits = {"Apple", "Banana", "Cherry"};
        System.out.println("--- 配列の要素を for ループで表示 ---");
        for (int i = 0; i < fruits.length; i++) {
            System.out.println("フルーツ: " + fruits[i]);
        }
        // 出力:
        // --- 配列の要素を for ループで表示 ---
        // フルーツ: Apple
        // フルーツ: Banana
        // フルーツ: Cherry
    }
}

2. whileループ

whileループは、特定の条件が真である限り、処理を繰り返し実行したい場合に使われます。繰り返しの回数が事前に決まっていない場合に特に有効です。

構文:

Java

while (条件式) {
    // 条件式が真の間、繰り返し実行される処理
    // ループを終了させるための条件変更を忘れずに行う
}

• 条件式: 毎回の繰り返し処理の前に評価されます。trueであればループが継続し、falseであればループが終了します。条件が常にtrueになる場合、無限ループになる可能性があるため注意が必要です。

コード例: カウントダウン

Java

public class WhileLoopExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("--- while ループ ---");
        int count = 3;
        while (count > 0) {
            System.out.println("カウント: " + count);
            count--; // ループ変数を更新しないと無限ループになる
        }
        System.out.println("発射！");
        // 出力:
        // --- while ループ ---
        // カウント: 3
        // カウント: 2
        // カウント: 1
        // 発射！
    }
}

3. do-whileループ

do-whileループは、whileループと似ていますが、最低一度は必ず処理を実行したい場合に使われます。条件式の評価はループの実行後に行われます。

構文:

Java

do {
    // 繰り返し実行される処理
    // ループを終了させるための条件変更を忘れずに行う
} while (条件式);

• 特徴: doブロック内の処理がまず一度実行され、その後にwhileの条件式が評価されます。条件式がtrueであれば次の繰り返しに進み、falseであればループを終了します。

コード例: ユーザーからの正しい入力待ち

Java

import java.util.Scanner;

public class DoWhileLoopExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("--- do-while ループ ---");
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int inputNumber;

        do {
            System.out.print("10以上の数字を入力してください: ");
            inputNumber = scanner.nextInt();
        } while (inputNumber < 10); // 入力された数字が10未満の場合、再度入力を促す

        System.out.println("入力された数字: " + inputNumber + "。ありがとうございます！");
        scanner.close();
        // 出力例 (ユーザーが8を入力し、次に12を入力した場合):
        // --- do-while ループ ---
        // 10以上の数字を入力してください: 8
        // 10以上の数字を入力してください: 12
        // 入力された数字: 12。ありがとうございます！
    }
}

4. 拡張forループ (for-eachループ)

拡張forループは、配列やIterableインターフェースを実装しているコレクション（List, Setなど）のすべての要素を順番に処理したい場合に、より簡潔に記述できます。要素のインデックスを意識する必要がないため、コードが読みやすくなります。

構文:

Java

for (要素の型 変数名 : コレクションまたは配列) {
    // 各要素に対して実行される処理
}

• 特徴: 内部でインデックスを管理する必要がなく、各要素を直接変数に受け取って処理できます。ただし、ループ内でコレクションの要素を変更したり、インデックスを使って特定の要素にアクセスしたりすることはできません（そのような場合は通常のforループを使います）。

コード例: リストの要素を順に表示

Java

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ForEachLoopExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> colors = new ArrayList<>();
        colors.add("Red");
        colors.add("Green");
        colors.add("Blue");

        System.out.println("--- 拡張 for ループ ---");
        for (String color : colors) {
            System.out.println("色: " + color);
        }
        // 出力:
        // --- 拡張 for ループ ---
        // 色: Red
        // 色: Green
        // 色: Blue
    }
}

ステップ2: ループの組み合わせ（ネスト）

ループの中に別のループを記述することを「ネストされたループ」と呼びます。これは、二次元配列の処理や、表形式のデータ生成、複雑なパターンの表示など、多岐にわたる場面で利用されます。

コード例: 九九の表の作成 (forループのネスト)

Java

public class NestedForLoopExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("--- 九九の表 ---");
        for (int i = 1; i <= 9; i++) { // 外側のループ: かけられる数
            for (int j = 1; j <= 9; j++) { // 内側のループ: かける数
                System.out.printf("%2d x %2d = %2d   ", i, j, (i * j)); // %2d で2桁表示に整形
            }
            System.out.println(); // 内側のループが終わったら改行
        }
        // 出力例:
        // --- 九九の表 ---
        //  1 x  1 =  1    1 x  2 =  2    ...    1 x  9 =  9
        //  2 x  1 =  2    2 x  2 =  4    ...    2 x  9 = 18
        // ...
        //  9 x  1 =  9    9 x  2 = 18    ...    9 x  9 = 81
    }
}

コード例: 星のピラミッド (forループのネスト)

Java

public class StarPyramid {
    public static void main(String[] args) {
        int rows = 5;
        System.out.println("--- 星のピラミッド ---");
        for (int i = 1; i <= rows; i++) { // 行 (上から下へ)
            // スペースの出力
            for (int j = 1; j <= rows - i; j++) {
                System.out.print(" ");
            }
            // アスタリスクの出力
            for (int k = 1; k <= 2 * i - 1; k++) {
                System.out.print("*");
            }
            System.out.println(); // 次の行へ
        }
        // 出力:
        // --- 星のピラミッド ---
        //     *
        //    ***
        //   *****
        //  *******
        // *********
    }
}

ステップ3: ループを制御するキーワード (break, continue)

Javaでは、ループの途中でその流れを制御するためのキーワードが用意されています。

1. break

breakキーワードは、最も内側のループを完全に終了させたい場合に使用します。breakが実行されると、ループの残りの処理はスキップされ、ループの直後の文に制御が移ります。

コード例: 特定の値が見つかったら検索を終了

Java

public class BreakExample {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {10, 20, 30, 40, 50};
        int target = 30;

        System.out.println("--- break の使用例 ---");
        for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
            System.out.println("現在確認中の値: " + numbers[i]);
            if (numbers[i] == target) {
                System.out.println(target + " を見つけました。ループを終了します。");
                break; // ループを終了
            }
        }
        System.out.println("ループ処理が完了しました。");
        // 出力:
        // --- break の使用例 ---
        // 現在確認中の値: 10
        // 現在確認中の値: 20
        // 現在確認中の値: 30
        // 30 を見つけました。ループを終了します。
        // ループ処理が完了しました。
    }
}

2. continue

continueキーワードは、現在の繰り返し処理（イテレーション）だけをスキップし、次のイテレーションへ進みたい場合に使用します。continueが実行されると、現在のイテレーションでcontinue以降の残りのコードは実行されず、すぐに次のループ条件の評価に移ります。

コード例: 偶数のみ表示

Java

public class ContinueExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("--- continue の使用例 (偶数のみ表示) ---");
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            if (i % 2 != 0) { // 奇数の場合
                continue; // このイテレーションの残りの処理をスキップし、次のイテレーションへ
            }
            System.out.println("偶数: " + i);
        }
        // 出力:
        // --- continue の使用例 (偶数のみ表示) ---
        // 偶数: 2
        // 偶数: 4
        // 偶数: 6
        // 偶数: 8
        // 偶数: 10
    }
}

ハマった点やエラー解決

ループを扱う上で、初心者が陥りやすい典型的な問題とその解決策について解説します。

1. 無限ループ

whileループでよく発生します。条件式が常にtrueになるように記述してしまうと、ループが永遠に終了せず、プログラムがフリーズしたり、リソースを消費し続けたりします。

問題のあるコード例:

Java

public class InfiniteLoopProblem {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        while (i < 5) {
            System.out.println("これは無限ループです！");
            // i++; // この行がないと i は常に0で条件 i < 5 が真のまま
        }
    }
}

解決策

無限ループを避けるためには、ループ内の処理で必ず条件式に影響を与える変数（ループ変数）を更新する必要があります。whileループでは、ループ変数のインクリメント/デクリメント、ユーザー入力の読み込み、フラグ変数の変更などを忘れないようにしましょう。

Java

public class InfiniteLoopSolution {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        while (i < 5) {
            System.out.println("現在の値: " + i);
            i++; // 適切にループ変数を更新
        }
        System.out.println("ループが終了しました。");
    }
}

2. IndexOutOfBoundsException (配列の範囲外アクセス)

forループで配列を扱う際に、インデックスが配列の有効な範囲（0からlength - 1）を超えてしまうと発生するエラーです。

問題のあるコード例:

Java

public class ArrayIndexProblem {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {10, 20, 30};
        // 配列の長さは3 (インデックスは0, 1, 2)
        // ループ条件が <= numbers.length だと、インデックス3にアクセスしようとしてエラー
        for (int i = 0; i <= numbers.length; i++) { 
            System.out.println(numbers[i]); // i=3 のときに IndexOutOfBoundsException
        }
    }
}

解決策

配列の要素にアクセスする際は、インデックスが常に0から配列の長さ - 1の範囲内にあることを確認します。forループの条件式でi < 配列名.lengthと記述するのが一般的です。

Java

public class ArrayIndexSolution {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {10, 20, 30};
        // 配列の長さは3なので、インデックスは0, 1, 2
        // i < numbers.length とすることで、i は 0, 1, 2 までとなり、エラーを回避
        for (int i = 0; i < numbers.length; i++) { 
            System.out.println(numbers[i]);
        }
    }
}

まとめ

本記事では、Javaプログラミングにおける繰り返し処理の基本であるループについて詳しく解説しました。

• forループ: 繰り返し回数が明確な場合に最適で、初期化、条件式、更新式を一つの行で管理できます。配列のインデックスによる処理に適しています。
• whileループ: 特定の条件が真である限り処理を繰り返します。繰り返しの回数が不明確な場合や、ユーザーからの入力待ちなどに有効です。無限ループに注意が必要です。
• do-whileループ: 最低一度は処理を実行し、その後に条件を評価します。ユーザーからの入力検証など、「初回実行」が保証される必要がある場合に利用します。
• 拡張forループ (for-each): 配列やコレクションの全要素を、インデックスを意識せずに簡潔に処理できます。コードの可読性を高めます。
• ネストされたループ: ループの中にループを記述することで、二次元的な繰り返し処理や複雑なパターン生成が可能です。
• breakとcontinue: breakでループを完全に終了させ、continueで現在のイテレーションをスキップし、次のイテレーションへ進むことができます。

この記事を通して、あなたはJavaの様々なループ構造を理解し、それぞれの特徴や適切な使用場面を把握できたはずです。これらの知識は、より効率的で堅牢なJavaアプリケーションを開発するための基礎となります。

今後は、Javaのコレクションフレームワーク（List, Set, Mapなど）とループを組み合わせたデータ処理や、Java 8から導入されたストリームAPIとの比較、あるいは再帰処理とループの使い分けなどについても学習を進めると、さらにプログラミングの幅が広がるでしょう。

参考資料

• Oracle Javaチュートリアル: The for Statement
• Oracle Javaチュートリアル: The while and do-while Statements
• Oracle Javaチュートリアル: The Enhanced for Statement
• Javaのfor文を使いこなす！基本から拡張for文まで徹底解説 (CodeCampus)