C言語で配列を左にn回転させるプログラムの書き方

C言語で配列を左方向にn回転させるプログラムの書き方を解説します。配列の要素を指定した回数だけ左へシフトし、はみ出した先頭の要素を末尾に移動させる「左回転(左ローテート)」の基本的なロジックを、サンプルコードと実行例付きでわかりやすく紹介します。

入力と出力の例

入力: arr[] = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
N = 3
出力: 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3

アルゴリズムの流れ

• まず、配列 arr に要素を格納します。
• 回転させる回数を変数 N に設定します。
• 「1回分の左回転」をN回繰り返します。1回分の左回転とは、配列の全要素を1つずつ左にずらし、先頭にあった要素を末尾へコピーする操作のことです。

サンプルコード(C言語)

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
    int i, j;
    int N = 3;                              /* 回転回数 */
    int len = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); /* 配列の要素数 */

    /* 左に1回転させる操作をN回繰り返す */
    for (i = 0; i < N; i++) {
        int x = arr[0];            /* 先頭の要素を退避 */
        for (j = 0; j < len - 1; j++) {
            arr[j] = arr[j + 1];   /* 全要素を1つ左へシフト */
        }
        arr[len - 1] = x;          /* 退避した要素を末尾へ */
    }

    /* 結果を表示 */
    for (i = 0; i < len; i++) {
        printf("%d\t", arr[i]);
    }
    return 0;
}

コードのポイント

• 先頭要素の退避: シフトを始める前に、先頭の要素 arr[0] を一時変数 x に保存しておきます。シフト処理によって上書きされてしまうためです。
• 左シフト: 内側の for ループで arr[j] = arr[j + 1] を実行し、全要素を1つずつ左に移動させます。ループは j < len - 1 で止めるのがポイントです。これ以上進むと配列の範囲外へアクセスしてしまいます。
• 末尾へのコピー: シフトが完了したら、退避しておいた先頭の要素を配列の末尾 arr[len - 1] に書き込みます。
• N回の繰り返し: 外側の for ループでこの一連の操作をN回繰り返すことで、配列全体が左にN回転します。

実行結果

4 5 6 7 8 9 10 1 2 3

計算量と補足

この方法は理解しやすい反面、計算量は O(N × len) になります。要素数や回転回数が大きい場合は、配列を区間に分けて反転させる「逆転アルゴリズム」や、最大公約数を利用した「ジョグリングアルゴリズム」を使うと O(len) で効率よく回転できます。また、回転回数 N が配列長 len より大きい場合は、事前に N = N % len としておくと無駄な繰り返しを省けます。

なお、元のコードは iostream や cout を使ったC++形式で書かれていましたが、ここでは純粋なC言語(stdio.h と printf)で書き直しています。