プログラミング言語の処理のロジックを理解する方法

Question

今現在、Javaを中心にプログラミング言語全般を学習しています。
ただ、その中で、繰り返し処理の中のデータ構造が理解できずに苦しんでいます。
例えば、forで言えば、以下のような文です。

		int size = num.nextInt();

		for (int i = 0; i < size; i++) {
			for (int j = 0; j < size; j++) {
				//処理
}
}

こういったコードを理解するにはどのようなアプローチを取ればよろしいでしょうか？
オススメのサイトや本などありましたら、教えてください。

Answer 1

フローチャートはご存じですか？

コードだけ眺めて考えるより、フローチャートを学んで「イメージ」で理解するのもよいと思います

例えばループ処理はこんな感じに書きます

２重ループになるとこんな感じです

ご提示のコードをこの記法で表すとこんな感じになります

流れがわかったら、変数の変化を追ってみましょう

開始
↓
仮に size = 1 だとします
i=0
↓
i < size ... 0 < 1 ... true
↓
j=0
↓
j < size ... 0 < 1 ... true
↓
j = j + 1 ... j = 1
↓
j < size ... 1 < 1 ... false
↓
i = i + 1 ... i = 1
↓
i < size ... 1 < 1 ... false
↓
終了

size = 2 ではどうなるかご自身で考えてみてください

※面倒くさがらずに、順番に、紙に書きだしてやってみることをおすすめします※

単純にsizeが増えるほど内側のループを通る回数が増えていくはずです
内側ループの変数jは、その都度 0 で初期化されることもわかると思います

こんな感じにフローチャートは論理的に考えることを助けてくれます

以上ご参考まで

Comments

[yoppi07]

takitoさん、ありがとうございます。
確かにフローチャートがあると理解しやすいですね。

[yoppi07]

sizeが2だと全ての処理が行われると思います。

[takito]

そうですね
iのインクリメントを通って、そのあと j=0 の内側の処理に入ります
ループが深くなるほど、内側の処理の繰り返しが多くなりますね
それが理解できれば多重ループは大丈夫だと思います
頑張ってください

Answer 2

とりあえず次のコードの動作を追ってみましょう。

for (int i = 0; i < size; i++) {
    for (int j = 0; j < size; j++) {
        System.out.println(i + ", " + j);
    }
}

---

二重ループはやっかいで、とんでもない特殊ルールが発動する... なんてことないです。
普通のループのネストとして読み取れます。
一重のループの挙動がわかるのでしたら、じっくり考えれば二重ループも簡単なはずです。

---

te2ji様のご指摘を受けて
こちらも試してみるとよいでしょう。

for (int i = 0; i < size; i++) {
    System.out.println("外側のループカウンタ： " + i);
    for (int j = 0; j < size; j++) {
        System.out.println("内側のループカウンタ： " + j);
    }
}

---

質問者さまのコメントを受けて
次の二つのコードは、結果は同じです。

for(int i = 0; i < 2; i++) {
    doSomething(i);  // なんか適当な処理
}

int i = 0;
doSomething(i);
i++;
doSomething(i);

例えば、doSomethingを次のように定義します。

void doSomething(int num) {
    for(int j = 0; j < 2; j++) {
        System.out.println(num + ", " + j);
    }
}

そうすると、次の二つのコードが同じだということが納得できませんか？

for(int i = 0; i < 2; i++) {
    for(int j = 0; j < 2; j++) {
        System.out.println(i + ", " + j);
    }
}

int i = 0;
for(int j = 0; j < 2; j++) {
    System.out.println(i + ", " + j);
}
i++;
for(int j = 0; j < 2; j++) {
    System.out.println(i + ", " + j);
}

三重ループだろうと四重ループだろうと挙動は同じような考え方で追えます。
まあ、そこまでネストが深くなると、それはそれで問題ですが... これは別の話。

Comments

[退会済みユーザー]

それぞれのループでの処理が分かるように、ループの内と外にメッセージ付きで変数を表示させないと、あんまり挙動が理解できない気がします。

[LouiS0616]

コメントありがとうございます。
質問者様はここから飛んできています。 https://teratail.com/questions/87739
おそらく、//処理 の部分が何回実行されるか、からわかっていないようですので、
考え得る限り最もシンプルな回答にしました。

[退会済みユーザー]

あぁ、そういう経緯ですか。
デバッグ環境構築まで記述のある本とか読むと良いのかもしれないですね。

[LouiS0616]

併記する形でte2ji様のご指摘を反映してみました。

[退会済みユーザー]

お手数をおかけしました。

[yoppi07]

難しく考えすぎということですか？

[LouiS0616]

なんでもそうですが、わかれば簡単です。
回答で示したコードは実行してみましたか？そして、その結果から得られることはあったでしょうか。

[yoppi07]

入力値を2で試してみたところ以下、結果が出ました。
ただ、なぜこういった出力になったかというのは実際のコードでは
外側のループカウンタと内側のループカウンタしかイメージできないです。
数字がなぜ以下のような並びになるのかがわからないです。
外側のループカウンタ： 0
内側のループカウンタ： 0
内側のループカウンタ： 1
外側のループカウンタ： 1
内側のループカウンタ： 0
内側のループカウンタ： 1

[LouiS0616]

例えば、次のようなループがあるとき
for(int i = 0; i < 2; i++) {
__for(int j = 0; j < n; j++) {
____ // 処理
__}
}
この挙動は、次と一致すると言うことです。
int i;
i = 0;
for(int j = 0; j < n; j++) {
__// 処理
}
i = 1;
for(int j = 0; j < n; j++) {
__// 処理
}

※空白を_で代替しています。

[LouiS0616]

for文は単に繰り返しを制御しているのだと言うことをお忘れないように。

[yoppi07]

上下の処理が同じ処理ということがイメージできないです。

[LouiS0616]

一重ループの場合ならわかりますか？
for(int i = 0; i < 2; i++) {
__// 処理
}
上記の処理と、下記の処理は結果は同じ
int i;
i = 0;
// 処理
i = 1;
// 処理

これがわからないなら、そもそもfor文についての理解がないことになります。

[yoppi07]

一重ループでしたら、iの初期値が0でi++でインクリメントされて1になっていくので、上下の処理が同じということはわかります。

[LouiS0616]

// 処理
上の部分を、下に置き換えてください。
for(int j = 0; j < n; j++) {
__// 処理
}
これが二重ループです。

[yoppi07]

j < nのn というのは、なんらかの変数ですか？

[LouiS0616]

適当に使っているだけなので、2とか3とかに脳内変換していただいて大丈夫です。
編集した回答では、nは用いないようにしています。

Answer 3

コードの挙動を確認するには、ステップ実行を可能とするデバッグ環境を準備すると良いです。

追記
せっかくなので、挙動が追えるものを用意してみました。
for の動作

python での挙動となりますが、まぁあんまり気にするところではないので、動作だけ見ていれば追えると思います。

Comments

[yoppi07]

ありがとうございます。
ちなみにEclipseでも挙動が追えるそうなのですが、
ご存知ですか？

[退会済みユーザー]

私は java を使用しないので、適切な回答は出来ませんが、普通にできると思いますよ。ググれば色々記事は出てくるので。

デバッグ環境の構築までキチンと説明してくれる入門書もあるはずなので、そういった「キチンと検証された手順」が分かるものを選んで、環境構築すると良いです。

[yoppi07]

Eclipseでのデバッグについてググった結果、以下のようなページが見つかりました。
http://codezine.jp/article/detail/3612
ありがとうございます。

Answer 4

さんざん、みなさんが解説してるので、サンプルだけ
多重ループは内側のループが終わらないと外側の制御にうつりません。

あと、ポイントとしてはネストです。
なんで、ソースをインデントしてるかというと、繰り返しのブロックがわかりやすいからです。
というわけで、実行結果をネストして表示すると動きがわかりやすいかと。

System.out.println("全体の開始");
for(int i = 0;i < 3; i++) {
	System.out.println("\t外側の開始 カウンタ i = " + i);
	for(int j = 0;j < 4; j++) {
		System.out.print("\t\t内側の開始 カウンタ j = ");
		System.out.print(j);
		System.out.println(" 内側の終了");
	}
	System.out.println("\t外側の終了 カウンタ = " + i);
}
System.out.println("全体の終了");

４段、５文字の四角形を３回書く場合のループは、

int cnt = 1;
for(int kai = 0; kai < 3; kai++) {
	for(int dan = 0; dan < 4; dan++) {
		for(int moji = 0; moji < 5; moji++) {
			// System.out.print("X");
			System.out.printf("[%02d]", cnt++);
		}
		System.out.println();
	}
	System.out.println();
}

という感じです。Xの部分を連番にすると、表示順が理解しやすいと思います。

Answer 5

単純に、このコードだけ読み取るなら九九をイメージするとやりやすいかと
質問者さんが出されたコードをこのように変えます。

        int size = num.nextInt();

        for (int i = 1; i <= size; i++) {
            for (int j = 1; j <= size; j++) {
                //処理
                System.out.println("iは" + i + " ," + "jは" + j)
                System.out.println(i*j);
            }
        }

このコードを動かした場合、まず外側が初期状態をセットしてfor文が動き
次に内側のfor文が初期状態をセットして動き出します。
内側の条件が動き始めると、11,12,13と続いて、19のあと110となってしまう条件の時に内側のfor文が終わり
外側のfor文がまた１回動きます
その後もう一回内側のfor文が動いて21,22,23とつづくということを続けていきます。
おそらくこれでイメージしやすいのではないでしょうか。

すいません、私もjava初心者なのでもしかしたら解釈やコードが間違っているかもしれませんが、その場合はご了承ください・・・。