こんな人にオススメ
C言語のswitch文ってなんなん？ifと何が違うん？
ということで、個人的な疑問のswitch文について自分で調べてコードを書いてみる。参考にしたのは以前と同様の猫Cこと「猫でもわかるC言語プログラミング」。
以前のVScodeでC言語を初めてみるという記事については以下参照。
目次（クリックでジャンプ）
switch文
そもそもswitch文は条件によって実行する処理が異なる場合に使用する文。ifでよくない？と言う声が聞こえるが、それについては後で書く。
switch文の基本構造
switch文の基本構造は以下の感じ。
switch (expression)
{
case /* constant-expression */:
/* code */
break;
case /* constant-expression */:
/* code */
break;
default:
break;
}
expressionなどは全てVisual Studio Code（VScode）でswiと打ってエンターを押すだけで入力補完してくれたもの。VScodeのC言語の拡張機能が補完してくれているはず。
それぞれの部分に書く内容は以下。
expression: 制御文（条件文、式とも）constant-expression: 事例式（定数、値、数値とも）code: 文（処理とも）
expressionに書かれた内容が該当するcaseのconstant-expressionが行われるということ。breakは処理の中断（終了）を表し、defaultは全てのcaseに当てはまらなかった場合の処理をかく。defaultの下には何もないがbreakの前に処理を書くことも可能。
switch文の一例
#include <stdio.h>
int main() {
int n;
for (n = 0; n <= 6; n++) {
printf("入力値: %d\\t", n);
switch (n) {
case 1:
printf("あなたは一番小さい数字を入力しましたね\\n");
break;
case 2:
printf("今日は良いことがあるでしょう\\n");
break;
case 3:
printf("中庸の徳です\\n");
break;
case 4:
printf("4は幸せの4\\n");
break;
case 5:
printf("あなたは5を選びました\\n");
break;
default:
printf("1から5までの整数を入力してください\\n");
break;
}
}
printf("これでおしまいです\\n");
return 0;
}
一例として猫Cに載っている例文を改造したものを示す。猫Cでは好きな値を入力し、その入力値に応じてprintfするものだった。
しかし、執筆者は普段VScodeの拡張機能「Code Runner」を使用し、さらに設定でターミナルでの出力はオフにしている。すなわち、入力を求めるコードは使用できない（ターミナルでの出力をオンにすればいいがターミナルは別の用途として使いたいのでオフにしている）。
したがって、このコードではforループで数値を回しながら値の確認を行なっている。なお、\\tはタブ記号で余白を入れたいから使用。
Code Runnerを含むVScodeの拡張機能については以下参照。
-
-
【VScode&拡張機能】python・C・LaTeX...ユーザーのVisual Studio Code拡張機能
こんな人にオススメ Visual Studio Codeと& ...
続きを見る
実際の出力は以下。
/* 入力値: 0 1から5までの整数を入力してください 入力値: 1 あなたは一番小さい数字を入力しましたね 入力値: 2 今日は良いことがあるでしょう 入力値: 3 中庸の徳です 入力値: 4 4は幸せの4 入力値: 5 あなたは5を選びました 入力値: 6 1から5までの整数を入力してください これでおしまいです */
1から5の入力にはそれらに対応したprintfが、1から5以外の数値には同じprintfができていることが確認できる。
if文との違い
switch文の基本構造はわかった。では、if文とは何が異なるのか。
結論、同じ。
ただ、場合分けをする条件が多数存在する場合ではif文だと文章が面倒だったり複雑になってしまう。それを解消するために用意されているのがswitch文のようだ。
if文でも同じ出力をしてみる
#include <stdio.h>
int main() {
int n;
for (n = 0; n <= 6; n++) {
printf("入力値: %d\\t", n);
if (n == 1) {
printf("あなたは一番小さい数字を入力しましたね\\n");
} else if (n == 2) {
printf("今日は良いことがあるでしょう\\n");
} else if (n == 3) {
printf("中庸の徳です\\n");
} else if (n == 4) {
printf("4は幸せの4\\n");
} else if (n == 5) {
printf("あなたは5を選びました\\n");
} else {
printf("1から5までの整数を入力してください\\n");
}
}
printf("これでおしまいです\\n");
return 0;
}
/*
入入力値: 0 1から5までの整数を入力してください
入力値: 1 あなたは一番小さい数字を入力しましたね
入力値: 2 今日は良いことがあるでしょう
入力値: 3 中庸の徳です
入力値: 4 4は幸せの4
入力値: 5 あなたは5を選びました
入力値: 6 1から5までの整数を入力してください
これでおしまいです
*/
if文を使用した場合は上のコードとなる。コードの行数としては少なくなっているが、else ifの部分がごちゃついている印象（もちろん改行すれば印象は変わるが、今回は初期フォーマットしてくれたままにする）。
また、複数箇所選択と拡張機能「vscode-input-sequence」の使用で簡単に入力できるが、else if (n == 2) {の数値の部分の入力が煩わしい。複数選択からの連番作成は例えば以下のようにできる。
) {を選択cmd+dで複数選択- 左カーソルで
n ==の後まで持っていく - 数値が入っていたら消す
- vscode-input-sequenceで連番作成
あまり大差はないが、やはりコードの見渡しが悪いと煩わしいと感じてしまう。
breakをつけないとどうなる？
caseの各処理で毎回breakが入っているが、もしこれを削除した場合はどうなるのか。ここではコードの一部からbreakを削除した場合を見てみる。
#include <stdio.h>
int main() {
int n;
for (n = 0; n <= 6; n++) {
printf("入力値: %d\\t", n);
switch (n) {
case 1:
printf("あなたは一番小さい数字を入力しましたね\\n");
case 2:
printf("今日は良いことがあるでしょう\\n");
break;
case 3:
printf("中庸の徳です\\n");
break;
case 4:
printf("4は幸せの4\\n");
break;
case 5:
printf("あなたは5を選びました\\n");
default:
printf("1から5までの整数を入力してください\\n");
}
}
printf("これでおしまいです\\n");
return 0;
}
上記のコードではcase 1とcase 5の後、そしてdefaultの後のbreakを消してみた。この場合の出力は以下の通り。
/* 入力値: 0 1から5までの整数を入力してください 入力値: 1 あなたは一番小さい数字を入力しましたね 今日は良いことがあるでしょう 入力値: 2 今日は良いことがあるでしょう 入力値: 3 中庸の徳です 入力値: 4 4は幸せの4 入力値: 5 あなたは5を選びました 1から5までの整数を入力してください 入力値: 6 1から5までの整数を入力してください これでおしまいです */
case 1の後にbreakがないのでそのままcase 2が出力されていることがわかる。同様にcase 5の後にもbreakがないのでその後のdefaultが出力されている。
ただ、defaultの後にbreakがなくてもswitch内にはdefault後の出力がないので、ここはそのまま処理が進むようだ。
caseの時に「もしくは」としたい時はどうする？
これまではcaseにある一つの条件のみを使用して処理した。では、「もしくは」の時はどうすればよいのか。例えば「1もしくは2の時」のような感じ。
||で「もしくは」とする
#include <stdio.h>
int main() {
int n;
for (n = 0; n <= 7; n++) {
printf("入力値: %d\\t", n);
switch (n) {
case 1:
printf("あなたは一番小さい数字を入力しましたね\\n");
break;
case 2:
printf("今日は良いことがあるでしょう\\n");
break;
case 3:
printf("中庸の徳です\\n");
break;
case 4:
printf("4は幸せの4\\n");
break;
case 5 || 6:
printf("あなたは5もしくは6を選びました\\n");
break;
default:
printf("1から6までの整数を入力してください\\n");
break;
}
}
printf("これでおしまいです\\n");
return 0;
}
まずは和結合演算子（条件OR演算子）||を使用した場合を考える。この場合はwarningとerrorが出て実行できない。
/*
c_switch_pipe.c:22:20: warning: use of logical '||' with constant operand [-Wconstant-logical-operand]
case 5 || 6:
^ ~
c_switch_pipe.c:22:20: note: use '|' for a bitwise operation
case 5 || 6:
^~
|
c_switch_pipe.c:22:18: error: duplicate case value '1'
case 5 || 6:
^
c_switch_pipe.c:10:18: note: previous case defined here
case 1:
^
1 warning and 1 error generated.
*/
||を使用する場合は例えばif (a == 2 || a == 3)のように使用しなければいけない。caseでは使用できない。
caseを複数個にする
#include <stdio.h>
int main() {
int n;
for (n = 0; n <= 7; n++) {
printf("入力値: %d\\t", n);
switch (n) {
case 1:
printf("あなたは一番小さい数字を入力しましたね\\n");
break;
case 2:
printf("今日は良いことがあるでしょう\\n");
break;
case 3:
printf("中庸の徳です\\n");
break;
case 4:
printf("4は幸せの4\\n");
break;
case 5:
case 6:
printf("あなたは5もしくは6を選びました\\n");
break;
default:
printf("1から6までの整数を入力してください\\n");
break;
}
}
printf("これでおしまいです\\n");
return 0;
}
正解はcaseを複数個並べるというもの。今回だとcase5とcase6を並べることで動作する。出力は以下。
/* 入力値: 0 1から6までの整数を入力してください 入力値: 1 あなたは一番小さい数字を入力しましたね 入力値: 2 今日は良いことがあるでしょう 入力値: 3 中庸の徳です 入力値: 4 4は幸せの4 入力値: 5 あなたは5もしくは6を選びました 入力値: 6 あなたは5もしくは6を選びました 入力値: 7 1から6までの整数を入力してください これでおしまいです */
ちなみにcase5とcase6を縦ではなくcase 5: case 6:のように横に並べる場合でも一応動作はした。しかし、色々とサイトを見る限りは縦に書いているので、縦に書くのが無難だろう。
caseを数字ではなく文字にする
最後にcaseの後のconstant-expressionを数字ではなく文字にした場合を考える。
配列という考え方
そこで新たな考え方として「配列」を使用する。配列はpythonでいうlistのようなものと考えている。要素を一括で管理して好きに取り出せる。
配列の定義の方法は複数あるが、今回は以下のように定義する。
char arr[] = {'A', 'B', 'C', 'D'};
[]にすることで=の後の要素の数で自動的に配列を作成してくれる。今回ではA, B, C, Dの4要素からなる配列を作成。
ここで気をつけないといけない点が、文字はシングルクォーテーション'で囲まなければいけないという点。
- シングルクォーテーション
': 文字 - ダブルクォーテーション
": 文字列（文字が集まったもの）
らしい。ここではただの文字として扱いたいのでシングルクォーテーションを使用する。pythonではシングルもダブルも同じなのでここはややこしい。
配列から要素を取り出すときはarr[0]のように、要素のインデックスを指定すればよい。始まりは0から、上の例だとarr[0]は'A'に相当する。
caseの事例式を文字にする
#include <stdio.h>
int main() {
int n;
char arr[] = {'A', 'B', 'C', 'D'};
char str;
for (n = 0; n <= 7; n++) {
str = arr[n];
printf("入力値: %d = %c\\t", n, str);
switch (str) {
case 'A':
printf("Aが出力\\n");
break;
case 'B':
printf("Bが出力\\n");
break;
case 'C':
printf("Cが出力\\n");
break;
default:
printf("A, B, C以外が出力\\n");
break;
}
}
printf("これでおしまいです\\n");
return 0;
}
このコードでは予め作成したarr配列の中から1要素ずつ取り出し、取り出した要素に応じて出力を変更するというもの。
forの最大値を7に設定しているのは、インデックスが配列の要素数を超えた場合の挙動を知るため。pythonでは要素数を超えるとエラーが出る。
出力は以下。
/* 入力値: 0 = A Aが出力 入力値: 1 = B Bが出力 入力値: 2 = C Cが出力 入力値: 3 = D A, B, C以外が出力 入力値: 4 = A, B, C以外が出力 入力値: 5 = */
謎すぎる。インデックスが0から3、すなわちAからDまでは予想通りの出力である一方、インデックスが4以降は謎。一応4には空白のようの記号が入っているものの、5では空白が出力されず、さらに6以降は何も出力されない。
これはどうやらC言語の特性らしい。Cはなるべくプログラマのやりたいことを妨げない方針らしく、インデックスを超えてもコンパイルエラーにはならない。しかし、何が起こるかがわからないらしい。
なのでインデックスを超えないように調節する必要がありそうだ。
時々に応じた対応を
今回はC言語のswitch文について解説した。pythonではifしかない（と思っている）ので使い分けができるのは、脳のトレーニングにもなるしコードの最適化にもつながるだろう。
ただ、複数条件の追加時にcaseが重なったりするのが煩わしいと思う。何かいい書き方があるかもしれないのでまた勉強したいと思う。
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