forループとrange — 決まった回数を実行する

解決する問題

前の章では、1から5を合計するのに4行かかり、そのうち2行はカウントを維持するためだけのものでした — 開始値と増分です。増分を書き忘れると無限ループになります。

しかし、この種の仕事についてあることに気づきます：何回実行されるかが最初から分かっているのです。5回です。そうであれば、自分で管理する必要はありません — Pythonに任せればいいのです。

それがまさにforループの役割です。カウントが自分の手を離れているため、rangeを使ったforループはそれ自体では無限ループになりません — 繰り返し回数はループが始まる時点で固定されます。これが最大の利点です（例外があります：リストをループしながら同じリストに項目を追加し続けると、ループは終わりません。リストは次の章で扱います）。

この章を終える頃には

• forループで決まった回数コードを実行できる
• range()の3つの形式すべてを使える
• なぜrange(1, 5)が5個ではなく4個の数を生成するのか説明できる
• 文字列の文字をループで処理できる
• 与えられた仕事にforとwhileのどちらが適しているか判断できる

前提条件: whileループ — 条件が成り立つ間実行する.

最もシンプルな形

for number in range(5):
    print(number)

0
1
2
3
4

3行で書けた仕事が1行になり、管理するカウンタはありません。読み方は：「range(5)が生成するそれぞれの数について、ブロックを1回実行する — それぞれの回で、その数をnumberに入れる」です。

すぐに2つのことが分かります：

0から始まり、5は現れません — 合計5個の数ですが、0から4です。これはPythonがあらゆる場所で適用している同じルールです：スライスで終了インデックスが除外されるのと同様に、rangeでも除外されます。

numberという名前はあなたの選択です。 for i in range(5)でもまったく問題なく、iはカウンタの慣習的な名前です。しかし数に意味があるときは、その意味に合わせて名前をつけましょう — for student_number in range(30)ならそれ自体で読めます。

range()の3つの形式

print("--- range(5) ---")
for i in range(5):
    print(i, end=" ")

print()
print("--- range(2, 6) ---")
for i in range(2, 6):
    print(i, end=" ")

print()
print("--- range(0, 10, 3) ---")
for i in range(0, 10, 3):
    print(i, end=" ")

print()
print("--- range(5, 0, -1) ---")
for i in range(5, 0, -1):
    print(i, end=" ")
print()

--- range(5) ---
0 1 2 3 4 
--- range(2, 6) ---
2 3 4 5 
--- range(0, 10, 3) ---
0 3 6 9 
--- range(5, 0, -1) ---
5 4 3 2 1

ルールは以下の通りです：

• range(stop) — 0から始まり、stopの手前で終わる
• range(start, stop) — startから始まり、stopの手前で終わる
• range(start, stop, step) — それぞれstepずつ進む；負のstepなら逆方向に数える

最後の2つを確認してください。range(0, 10, 3)は0 3 6 9を生成します — 次は12になりますが、これは10を超えているのでそこで止まります。そしてrange(5, 0, -1)は5 4 3 2 1を生成します — 0は現れません。ここでも終了値は除外されるからです。

なぜ終了値が除外されるのか？ 計算が簡単になるからです。range(0, 5)にはいくつ数があるか？ 5 - 0なので5個です。range(3, 8)なら？ 8 - 3で5個です。引くだけで個数が分かり、1を足すかどうかで迷いません。そして2つの範囲を並べたとき — range(0, 5)とrange(5, 10) — 何も漏れず、何も重なりません。

1から10までやりたいとき

この間違いは十分に頻繁に起こるので、専用のセクションを設けます：

print("Wrong — stops at 9:")
for i in range(1, 10):
    print(i, end=" ")

print()
print("Right — includes 10:")
for i in range(1, 11):
    print(i, end=" ")
print()

Wrong — stops at 9:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 
Right — includes 10:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ルールを1行で言うと：欲しい最後の数より1大きい数をstopに書く。

累積 — 今度は簡単な方法で

total = 0

for number in range(1, 6):
    total = total + number

print("Sum of 1 to 5:", total)

Sum of 1 to 5: 15

同じ仕事をwhileで書いた版と比べてみてください：作るカウンタも、増やすカウンタも、無限ループのリスクもありません。累積変数だけは、前と同じようにループの外側で開始する必要があります。

文字列をループで処理する

forは数値だけでなく、文字列も1文字ずつ処理します：

word = "Python"

for letter in word:
    print(letter, end="-")
print()

vowel_count = 0
for letter in "programming":
    if letter in "aeiou":
        vowel_count = vowel_count + 1

print("Vowels:", vowel_count)

P-y-t-h-o-n-
Vowels: 3

ここにはrangeがありません。なぜなら不要だからです — for letter in wordが直接文字を処理します。インデックス計算をするよりシンプルで、IndexErrorのリスクもありません。

インデックスと文字の両方が必要なときはenumerate()があります；これはリストの章で扱います。

breakとcontinueもここでは同じように働く

whileのときとまったく同じです：

for number in range(1, 20):
    if number % 7 == 0:
        print("First multiple of 7:", number)
        break

First multiple of 7: 7

forとwhileの使い分け

1つ質問してください：繰り返し回数がループ開始前に分かっているか？

分かっているなら、for：

• 5回実行する
• 1から100まで進める
• 単語のすべての文字を見る
• リストのすべての項目に何かする

分かっていないなら、while：

• 有効な入力が来るまで尋ね続ける
• quitと入力されるまで実行する
• ファイルに行が残っている間読み続ける

迷ったらforを選びましょう。 理由はシンプルです：rangeや固定された文字列を使ったforループは確実に終わりますが、whileループはそうとは限りません。どちらでも動くときは、ミスを許さない方を選ぶのが賢明です。

完全な例

multiplication.py：

# Print a multiplication table, then a small summary
number = int(input("Which table? "))
upto = int(input("Up to?       "))

print()
print(f"--- Table of {number} ---")

total = 0
for i in range(1, upto + 1):
    result = number * i
    total = total + result
    print(f"{number} x {i:2} = {result:4}")

print()
print(f"Rows    : {upto}")
print(f"Sum     : {total}")
print(f"Average : {total / upto:.2f}")

Which table? 7
Up to?       5

--- Table of 7 ---
7 x  1 =    7
7 x  2 =   14
7 x  3 =   21
7 x  4 =   28
7 x  5 =   35

Rows    : 5
Sum     : 105
Average : 21.00

3つ注目してください。第一に、range(1, upto + 1) — uptoまで到達するには1大きく書く必要がありました。第二に、{i:2}と{result:4} — f-stringの中で数値が占める幅を指定でき、これで列が揃います。第三に、totalはループの外で開始し、中で増やします — 前と同じ累積変数です。

ここで1つ質問してみてください：Up to?に0と答えたらどうなるか。range(1, 1)は数を1つも生成しないのでループは一度も回らず — するとtotal / uptoがゼロ除算になります。これは前の章と同じ教訓です：ループが累積したものを使う前に、何かが累積されたかを確認しましょう。

うまくいかないとき

最後の数が抜けている range(1, 10)は9で終わります。stopに1を足しましょう：range(1, 11)。

TypeError: 'float' object cannot be interpreted as an integer range()が受け付けるのは整数（int）だけです。range(2.5)やrange(1, n / 2)は動きません — int()で変換するか、//で割りましょう。

SyntaxError: expected ':' for行の末尾のコロンがありません。

IndentationError: expected an indented block after 'for' statement ループの中の行がインデントされていません。

ループが一度も回らなかった rangeが空です。range(5, 0)は何も生成しません — 下向きに数えるには第3引数が必要です：range(5, 0, -1)。

ループ後もtotalが0のまま total = 0の行がループの中に入り込んでいて、毎回リセットされています。外側に置く必要があります。

ループの中の変数を外で使おうとしたらNameError rangeが空だったためループが一度も回らず、変数が作られませんでした。ループの前に初期値を与えておきましょう。

やってみよう

stars.pyというファイルを書いて、数を受け取って三角形を表示させましょう。入力が5の場合：

*
**
***
****
*****

さらに次の3つを追加してください：

1. 一番下に星の総数を表示する（5なら15）
2. 逆さ三角形も表示する — 上が5個、下が1個
3. 偶数行をスキップする版を表示する（continueを使う）

最初のものは簡単に確認できます — 1から5の合計を手計算して、プログラムの結果と一致するか見てください。そして"*" * iを覚えていますか？ 行の星を作るのに、ループの中にさらにループは要りません。