Pythonのwhile文とは？使い方と例も！（ループ：while True：条件：break：continue：else：for文との違いなど）

Pythonでプログラミングを学び始めると、必ず出会うのが繰り返し処理です。その中でもwhile文は条件が成立する限り処理を繰り返すという、非常に柔軟な制御構文となっています。

同じ繰り返し処理でもfor文とは使い分けが必要で、while文ならではの特徴を理解することが重要でしょう。特にwhile Trueを使った無限ループや、breakやcontinueといった制御文との組み合わせは、実践的なプログラムで頻繁に登場します。

本記事では、Pythonのwhile文について基本的な構文から実践的な使い方まで、具体的なコード例を交えながら詳しく解説していきます。初心者の方でも理解できるよう、段階的に説明を進めていきますので、ぜひ最後までご覧ください。

Pythonのwhile文とは？基本的な仕組みと特徴

それではまずwhile文の基本的な仕組みと特徴について解説していきます。

while文の基本構文と動作原理

while文は条件式がTrueである限り、ブロック内の処理を繰り返し実行する制御構文です。基本的な構文は以下のようになります。

while 条件式:
    実行する処理
    処理2
    処理3

動作の流れは非常にシンプルでしょう。まず条件式を評価し、Trueであればインデントされたブロック内の処理を実行します。ブロックの処理が終わると、再び条件式の評価に戻るのです。

この繰り返しは条件式がFalseになるまで継続されます。つまり、条件式が常にTrueのままだと無限ループになってしまうため注意が必要です。

while文が使われる場面

while文は繰り返し回数が事前に分からない場合に特に有効となっています。具体的には以下のような場面で活躍するでしょう。

例えばユーザーに数値を入力してもらう場合、正しい形式で入力されるまで何度も聞き返す必要があります。このような「いつ終わるか分からない」処理にwhile文は最適なのです。

また、サーバープログラムやゲームのメインループなど、プログラムが起動している間ずっと動き続ける処理にもwhile文が使われます。

for文との根本的な違い

for文はリストや範囲など、イテラブルなオブジェクトの要素数だけ繰り返す仕組みになっています。つまり繰り返し回数が明確です。

一方while文は条件式次第で繰り返し回数が変動します。極端な話、一度も実行されないこともあれば、無限に繰り返すことも可能でしょう。

実際の使い分けとしては、リストの要素を順番に処理するならfor文、条件が成立するまで処理を続けるならwhile文という選択になります。どちらも繰り返し処理という点では同じですが、用途に応じて適切に使い分けることが大切なのです。

while文の基本的な使い方と実践例

続いてはwhile文の基本的な使い方を具体的なコード例とともに確認していきます。

条件式の書き方とループの制御

while文の条件式には、Pythonで真偽値として評価できる式なら何でも使えます。比較演算子や論理演算子を組み合わせることも可能でしょう。

# 基本的な条件式
count = 0
while count < 5:
    print(f"カウント: {count}")
    count += 1

# 複数条件の組み合わせ
x = 0
y = 10
while x < 5 and y > 0:
    print(f"x={x}, y={y}")
    x += 1
    y -= 2

条件式を書く際の重要なポイントは、ループ内で条件式に関わる変数を必ず更新することです。更新を忘れると無限ループになってしまいます。

また、条件式には関数の戻り値や変数の存在チェックなども使えます。例えばリストが空でない間だけ処理を続けたい場合、`while my_list:`という書き方も可能なのです。

カウンタを使った基本的なループ

最もシンプルなwhile文の使い方は、カウンタ変数を使った繰り返しでしょう。以下のコードは1から10までの合計を計算する例です。

total = 0
number = 1

while number <= 10:
    total += number
    number += 1

print(f"1から10までの合計: {total}")  # 出力: 1から10までの合計: 55

この処理はfor文でも書けますが、while文を使うことでカウンタの増分を自由に制御できるというメリットがあります。

例えば2ずつ増やしたり、条件によって増分を変えたりといった柔軟な処理が可能です。カウンタ変数の初期化、条件チェック、更新という3つの要素を意識することが、while文を正しく使うコツとなっています。

ユーザー入力との組み合わせ

while文はユーザーから正しい入力を得るまで繰り返すという用途で非常に便利です。以下は数値入力のバリデーション例でしょう。

while True:
    user_input = input("1から10の数値を入力してください: ")
    
    if user_input.isdigit():
        number = int(user_input)
        if 1 <= number <= 10:
            print(f"入力された数値: {number}")
            break
        else:
            print("1から10の範囲で入力してください")
    else:
        print("数値を入力してください")

このコードでは正しい入力が得られるまで何度でも入力を求めます。入力チェックとエラーメッセージの表示を組み合わせることで、ユーザーフレンドリーなプログラムになるのです。

ユーザー入力を扱う際は、想定外の入力にも対応できるよう、適切な条件分岐とエラー処理を組み込むことが重要でしょう。

while Trueと無限ループの活用方法

続いてはwhile Trueを使った無限ループと、その制御方法を確認していきます。

while Trueの基本パターン

一見危険に思えるこの書き方ですが、実際のプログラミングでは非常によく使われます。なぜならループの終了条件をbreak文で柔軟に設定できるからです。

while True:
    command = input("コマンドを入力 (終了するには'quit'): ")
    
    if command == "quit":
        print("プログラムを終了します")
        break
    
    print(f"実行されたコマンド: {command}")

このパターンはメニュー選択やコマンドライン処理など、ユーザーが明示的に終了を指示するまで動き続けるプログラムで重宝します。

while Trueを使う利点は、条件式を複雑にせずシンプルに書けること。終了条件はbreak文で明示的に示すため、コードの意図が分かりやすくなるのです。

breakによるループ脱出

break文はループを即座に終了させ、ループの外に処理を移す命令です。while文だけでなくfor文でも使えます。

# 特定の値が見つかったらループを抜ける
numbers = [3, 7, 2, 9, 1, 5, 8]
target = 9
index = 0

while index < len(numbers):
    if numbers[index] == target:
        print(f"{target}は{index}番目に見つかりました")
        break
    index += 1
else:
    print(f"{target}は見つかりませんでした")

break文を使う場面は主に2つあります。1つは目的の条件が満たされた時点で処理を終了する場合。もう1つはエラーや異常な状態を検出した際に処理を中断する場合でしょう。

複数の条件でbreakする場合でも、それぞれのif文内に適切にbreak文を配置することで、可読性の高いコードが書けます。

continueでループをスキップする方法

continue文は現在の繰り返しをスキップして次の繰り返しに進む命令です。breakと混同しやすいので注意しましょう。

# 偶数だけをスキップして奇数を表示
number = 0

while number < 10:
    number += 1
    
    if number % 2 == 0:
        continue
    
    print(f"奇数: {number}")

continue文は特定の条件の時だけ処理をスキップしたい場合に便利です。例えばエラーデータを無視して処理を続けたい時や、特定のパターンだけ異なる処理をしたい時などに活用できるでしょう。

注意点として、continue文の後ろに書いたコードは実行されません。変数の更新処理などはcontinue文の前に配置する必要があるのです。

while文の応用テクニックと注意点

続いてはwhile文のより高度な使い方と、実践で役立つテクニックを確認していきます。

else節を使った処理

Pythonのwhile文にはelse節を付けることができるという、他の言語にはあまり見られない特徴があります。

count = 0

while count < 5:
    print(f"カウント: {count}")
    count += 1
else:
    print("ループが正常に終了しました")

else節はbreakで中断されずにループが正常に終了した場合のみ実行されるという特性があります。この動作を利用すると、検索処理などで便利でしょう。

password_attempts = 0
max_attempts = 3

while password_attempts < max_attempts:
    password = input("パスワードを入力: ")
    if password == "secret":
        print("ログイン成功")
        break
    password_attempts += 1
    print(f"パスワードが違います。残り{max_attempts - password_attempts}回")
else:
    print("ログイン試行回数が上限に達しました")

このコードでは正しいパスワードが入力されればbreakで抜け、else節は実行されません。一方、試行回数の上限に達した場合はelse節が実行されるのです。

else節を使うことで、ループの終了理由によって異なる処理を分岐させられます。コードの意図が明確になり、可読性も向上するでしょう。

ネストしたwhile文の使い方

while文の中に別のwhile文を入れ子にすることも可能です。ただしネストが深くなるとコードの複雑度が増すため、慎重に設計する必要があります。

# 九九の表を生成
i = 1

while i <= 3:
    j = 1
    while j <= 3:
        print(f"{i} × {j} = {i * j}", end="  ")
        j += 1
    print()  # 改行
    i += 1

ネストしたループでは、内側のループが完全に終了してから外側のループの次の繰り返しに進みます。それぞれのループで使う変数名を明確に区別することが重要でしょう。

また、ネストしたループ内でbreakを使う場合、breakは直近のループだけを抜けるという点に注意が必要です。外側のループも同時に抜けたい場合は、フラグ変数を使うなどの工夫が必要になります。

無限ループを避けるための注意点

無限ループが発生する主な原因と対策を表にまとめました。

# 危険な例：無限ループ
# i = 0
# while i < 10:
#     print(i)
#     # i += 1 が抜けている！

# 正しい例
i = 0
while i < 10:
    print(i)
    i += 1  # 必ず更新する

デバッグ時にはループの繰り返し回数に上限を設けるのも有効な手段です。例えば`while count < 1000 and condition:`のように、安全装置としてカウンタ条件を追加するとよいでしょう。

また、ループ内で変数の状態を確認するためのprint文を仮置きすることで、想定通りに動作しているかチェックできます。無限ループに陥った場合は、多くの環境でCtrl+Cで強制終了できることも覚えておきましょう。

まとめ

Pythonのwhile文は条件が成立する限り処理を繰り返す、非常に柔軟な制御構文です。for文が繰り返し回数が明確な場合に使われるのに対し、while文は繰り返し回数が事前に分からない場合や、条件次第で変動する場合に適しています。

while Trueを使った無限ループはbreak文と組み合わせることで、ユーザー入力の処理やメニュー選択など実践的なプログラムで活躍します。continue文を使えば特定の条件下で処理をスキップでき、else節を活用すればループの終了理由によって処理を分岐できるでしょう。

ただし無限ループには十分注意が必要です。ループ内で条件式に関わる変数を必ず更新すること、適切な終了条件を設けることを忘れないようにしましょう。

while文を適切に使いこなすことで、より柔軟で実用的なPythonプログラムが書けるようになります。基本的な構文から応用テクニックまで、実際にコードを書いて動作を確認しながら、少しずつマスターしていってください。