Step 12: もう一つの繰り返し「while文」の使い方

概要

繰り返す回数が決まっていない場面で活躍するPythonの「while文」を徹底解説します。条件がTrueである間だけ処理を続ける基本構文から、for文との明確な使い分けまでを説明。

while文で最も重要な「無限ループ」の危険性と回避方法を強調し、while True:とbreakを組み合わせたユーザー入力の待ち受けなど、実践的なコードパターンを紹介します。処理の流れを視覚的に理解できるMermaid図を多用し、条件ベースの繰り返し処理を確実に習得できます。

はじめに

前回のStep 11では、リストやrange()関数など、あらかじめ繰り返す回数や範囲が決まっている場合に便利なfor文を学びました。しかし、プログラミングでは「特定の条件を満たすまで、何回になるか分からないけど処理を繰り返したい」という場面も多くあります。

例えば、

• ユーザーが正しいパスワードを入力するまで、入力を何度も促す
• ゲームでプレイヤーのHPが0になるまで、敵の攻撃を繰り返す
• ファイルのダウンロードが完了するまで、進捗状況をチェックし続ける

このように、終了条件は決まっているが、それが何回後に訪れるか分からない、そんな繰り返し処理を得意とするのが**while文**です。

while文の基本的な仕組み

while文は、指定した条件式がTrueである間、ブロック内の処理を繰り返し実行し続けます。条件式がFalseになった瞬間に、ループは終了します。

基本的な形は以下の通りです。

while 条件式:
    # 条件式がTrueの間、繰り返し実行したい処理
    # (重要) いずれ条件式がFalseになるような処理もここに書く

• while: 「〜する間」を意味し、これから条件に基づく繰り返しを始める合図です。
• 条件式: TrueかFalseを返す式（例: count < 5, is_running == True）。
• : (コロン): for文と同様、ここからが処理ブロックである合図です。
• インデントされたブロック: 条件式がTrueの間、繰り返し実行される処理です。

while文の処理の流れは、まるで関所のようです。関所（while）を通るたびに「通行許可証（条件式がTrue）を持っているか？」とチェックされ、持っていれば中（処理ブロック）に入れます。中の処理を終えると、また関所の前に戻ってきて、再びチェックを受ける、という流れを繰り返します。

graph TD
    A[ループ開始] --> B{"条件式は True？"};
    B -- Yes (True) --> C[インデント内の処理を実行];
    C --> B;
    B -- No (False) --> D[ループ終了];

while文とfor文の使い分け

ここで、for文との違いを明確にしておきましょう。

Google スプレッドシートにエクスポート

for文が「電車の路線図」のように、始点から終点まで決まった数の駅を順番に巡るイメージなら、while文は「目的地（条件達成）までナビに従って進む」イメージです。目的地に着くまでに何回曲がるかは、その時の状況次第で変わります。

while文の具体的な使い方

それでは、簡単な例でwhile文の動きを見てみましょう。1から5までの数字を表示するプログラムです。

# カウンター用の変数を初期化
count = 1

# countが5以下である間、ループを続ける
while count <= 5:
    print(count)
    # ★★重要★★ countを1増やす (この行がないと無限ループになる)
    count = count + 1

print("ループが終了しました。")

# 実行結果
# 1
# 2
# 3
# 4
# 5
# ループが終了しました。

処理の流れ

1. countに1が代入されます。
2. while文の条件式 count <= 5 (1 <= 5) が評価され、Trueになります。
3. ループ内の処理が実行され、print(count)で1が表示されます。
4. count = count + 1が実行され、countが2になります。
5. 再び条件式 count <= 5 (2 <= 5) が評価され、Trueなのでループが続きます。
6. ...この処理が繰り返されます...
7. countが5のとき、5 <= 5はTrueなので、5が表示され、countは6になります。
8. 次に条件式 count <= 5 (6 <= 5) が評価されると、これはFalseになります。
9. 条件式がFalseになったため、ループを抜け出し、最後のprint文が実行されます。

注意！無限ループの罠

while文で最も注意すべきは無限ループです。これは、条件式が永遠にFalseになることがなく、プログラムが終わりなく処理を繰り返してしまう状態です。

# 危険なコードの例（実行しないでください）
count = 1
while count <= 5:
    print("無限ループ中！")
    # countを更新する処理を忘れている！

上の例では、countの値が1のままずっと変わらないため、条件式 count <= 5 は常にTrueとなり、ループから抜け出せなくなります。もし誤って実行してしまった場合は、ターミナル（黒い画面）で Ctrl + C を押して強制終了してください。

while文を使うときは、必ずループ内で条件式に関わる変数が変化し、いつかはループが終了するように設計することが鉄則です。

breakとcontinueの活用

while文でもfor文と同様にbreakとcontinueが使え、より柔軟な制御が可能になります。

break：条件を満たしたら即ループを抜ける

while Trueという意図的な無限ループを作り、特定の条件が満たされたらbreakで脱出する、という書き方は非常によく使われます。

graph TD
    subgraph "while True ループ"
        A[処理を実行] --> B{"breakの条件が成立？"};
        B -- Yes --> F[ループを強制終了];
        B -- No --> A;
    end
    F --> G[ループ後の処理へ];

例えば、ユーザーが'quit'と入力するまで、入力を受け付け続けるプログラムです。

while True:
    user_input = input("何か入力してください ('quit'で終了): ")
    if user_input == 'quit':
        break  # 'quit'が入力されたらループを抜ける
    print(f"入力された内容: {user_input}")

print("プログラムを終了します。")

continue：今回の処理をスキップする

continueは、現在の回の処理を中断し、すぐに次のループの先頭（条件判定）に戻ります。

# 1から10までの奇数のみを表示する
num = 0
while num < 10:
    num = num + 1
    if num % 2 == 0:  # 偶数の場合は...
        continue      # ...以降の処理をスキップして次のループへ
    
    print(num)

この例では、numが偶数のときにcontinueが実行され、print(num)がスキップされるため、結果的に奇数のみが表示されます。

まとめ

今回は、条件に基づいて繰り返しを行うwhile文について学びました。

• while文の基本: while 条件式: の形で、条件式がTrueの間だけ処理を繰り返す。
• for文との違い: forは「回数」が主体、whileは「条件」が主体。
• 無限ループの危険性: ループ内で条件式の状態を変化させ、いつかループが終わるように必ず設計する。
• while Trueとbreak: ユーザーの入力待ちなど、終了タイミングが不定な処理で頻繁に使われる便利なパターン。

for文とwhile文、この2つのループを使いこなすことで、Pythonで実現できる自動化の幅が大きく広がります。それぞれの得意な場面を見極めて、適切に使い分けられるようになりましょう。