C言語のforループ・whileループで数列パターンを順番に出力する方法

プログラミング学習の初期段階では、「ループを使って決まったパターンを順番に画面へ出力する」という練習問題がよく登場します。本記事では、C言語の for ループと while ループの両方を使って、次のようなパターンを出力する方法をわかりやすく解説します。

出力したいパターンの例

n = 5 を入力した場合、プログラムは以下のように出力します。

****************OUTPUT*****************

enter the value of n : 5

the required order is:

1. E
2. 01
3. 0011
4. 000111
5. 00001111

このパターンの規則性は次のとおりです。

• 1行目は記号「E」のみを表示する。
• 2行目以降は、行番号に応じて「0」が (i-1) 個、「1」が (i-1) 個並ぶ。
• i 行目では、0 のブロックと 1 のブロックがそれぞれ i-1 回繰り返される。

forループを使った実装例

まずは最も一般的な for ループによる実装です。外側のループで行を制御し、内側の2つのループで「0」と「1」をそれぞれ出力します。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int i, j, n;

    printf("****************OUTPUT*****************\n\n");
    printf("enter the value of n : ");
    scanf("%d", &n);
    printf("\nthe required order is:\n\n");

    for (i = 1; i <= n; i++) {
        if (i == 1) {
            printf("%d. E", i);          /* 1行目だけ特別扱い */
        } else {
            printf("%d. ", i);
            for (j = 1; j <= i - 1; j++) /* 0 を i-1 個表示 */
                printf("%d", 0);
            for (j = 1; j <= i - 1; j++) /* 1 を i-1 個表示 */
                printf("%d", 1);
        }
        printf("\n");                    /* 行末で改行 */
    }
    return 0;
}

なお、元のコードに含まれていた clrscr() や getch() は古いTurbo C固有の関数のため、GCCやClangなどの標準的なコンパイラでは動作しません。ここでは #include <stdio.h> と int main(void) を使った移植性の高い形に書き直しています。

処理の流れを解説

1. 外側のforループ（行の制御）

for (i = 1; i <= n; i++) が全体の行数を管理します。変数 i は現在の行番号を表し、1からnまで1ずつ増加します。

2. 1行目の特別処理

if (i == 1) の条件により、最初の行だけ「E」という文字を出力し、それ以外の行は数字パターンに分岐させます。

3. 内側のforループ（0と1の出力）

2つ目以降の行では、j をカウンタとして使う内側のループを2回実行します。1回目で「0」を i-1 個、2回目で「1」を i-1 個連続表示することで、目的のパターンが完成します。

whileループで書き換えた場合

同じ処理は while ループでも実装できます。カウンタ変数の初期化と更新を自分で管理する点が for ループとの主な違いです。

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int i = 1, j, n;

    printf("enter the value of n : ");
    scanf("%d", &n);
    printf("\nthe required order is:\n\n");

    while (i <= n) {
        if (i == 1) {
            printf("%d. E\n", i);
        } else {
            printf("%d. ", i);
            j = 1;
            while (j <= i - 1) {   /* 0 を i-1 個表示 */
                printf("%d", 0);
                j++;
            }
            j = 1;
            while (j <= i - 1) {   /* 1 を i-1 個表示 */
                printf("%d", 1);
                j++;
            }
            printf("\n");
        }
        i++;
    }
    return 0;
}

まとめ：ループ選択のポイント

• forループ： 繰り返し回数があらかじめ決まっている場合に適しており、コードが簡潔になります。
• whileループ： 繰り返し条件が動的に変わる場合に柔軟に対応できます。ただし、カウンタの初期化と更新の書き忘れに注意が必要です。
• ネスト（入れ子）構造では、外側のループが「行」、内側のループが「列（その行の中の文字数）」を担当する、という役割分担を意識すると理解しやすくなります。

このように、二重ループの構造さえ押さえれば、ピラミッド型や数字の三角形など、さまざまなパターン出力問題に応用できます。ぜひ自分でもnの値を変えて動作を確認してみてください。