for 반복문

프로그램에서 특정 작업을 반복적으로 수행해야 할 때 핵심이 되는 도구가 반복문(Loop Statements)입니다.

예를 들어 1부터 100까지의 숫자를 모두 더하기, 사용자가 종료를 입력할 때까지 계속 입력받기, 배열의 모든 요소 출력하기와 같은 작업들은 반복문 없이는 매우 비효율적이고 비실용적입니다.

이 장에서는 가장 널리 쓰이는 반복문인 for 문을 중심으로 사용 흐름을 정리합니다.

먼저 for 문을 시작 상태, 계속 조건, 반복마다의 상태 변화, 본문이 맞물려 도는 반복 사이클로 봅니다.

반복문이란 무엇인가?

반복문은 프로그램의 특정 코드 블록을 여러 번 실행하도록 지시하는 제어문입니다.

반복문은 다음과 같은 주요 구성 요소를 가집니다.

C++은 for, while, do-while의 세 가지 주요 반복문을 제공합니다.

이 장에서는 for 문을 집중적으로 다룹니다.

for 문: 정해진 횟수만큼 반복

for 문은 반복 계약을 한 줄에 모아 쓰는 구조이므로, 초기화, 조건, 반복 표현식이 서로 맞는지 먼저 확인합니다.

for 문은 특히 반복 횟수가 명확하거나, 일정한 규칙에 따라 반복을 제어해야 할 때가장 적합하게 사용됩니다.

대부분의 경우, 루프 변수를 사용하여 반복 횟수를 추적합니다.

for (초기화; 조건; 증감) {
    // 조건이 true인 동안 반복적으로 실행할 코드
}

• 초기화: for 문이 시작될 때 단 한 번 실행됩니다. 주로 루프 제어 변수를 선언하고 초기화하는 데 사용됩니다. (예: int i = 0;)
• 조건: 매 반복이 시작되기 전에 평가됩니다. 이 조건이 true이면 반복 몸체가 실행되고, false이면 for 문이 종료됩니다. (예: i < 10;)
• 반복 표현식: 본문이 정상적으로 끝나거나 현재 for를 직접 대상으로 하는 continue를 실행한 뒤 평가됩니다. 주로 루프 제어 변수의 값을 변경하여 다음 조건 검사에 쓸 상태를 만듭니다. 현재 for를 종료하는 break, return, 예외처럼 루프 밖으로 제어가 이동하면 실행되지 않습니다. (예: i++, i += 2)
• { } (중괄호): 조건이 참일 때 실행될 코드 블록입니다. 한 줄의 코드만 실행할 경우 생략할 수 있지만, 조건문과 마찬가지로 항상 사용하는 것이 좋습니다.

이 흐름은 초기화 → 조건 검사 → 본문 실행 → 반복 표현식 → 재검사 → 종료의 사이클로 읽으면 좋습니다.

특히 반복 횟수를 셀 때는 시작값, 비교 연산자, 끝값이 서로 맞는지 확인해야 off-by-one 오류를 줄일 수 있습니다.

#include <iostream>

int main() {
    // i를 1로 초기화하고, i가 5보다 작거나 같을 때까지 i를 1씩 증가시키며 반복
    for (int i = 1; i <= 5; ++i) {
        std::cout << i << " "; // 1 2 3 4 5
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

#include <iostream>

int main() {
    for (int i = 2; i <= 10; i += 2) { // i를 2부터 시작하여 2씩 증가
        std::cout << i << " "; // 2 4 6 8 10
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

#include <iostream>

int main() {
    for (int i = 5; i >= 1; --i) { // i를 5부터 시작하여 1씩 감소
        std::cout << i << " "; // 5 4 3 2 1
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

for 문의 다양한 활용

for 문은 그 유연성 때문에 다양한 방식으로 활용될 수 있습니다.

#include <iostream>

int main() {
    for (int i = 0, j = 10; i < 5; ++i, --j) {
        std::cout << "i: " << i << ", j: " << j << std::endl;
    }
    /* 출력:
    i: 0, j: 10
    i: 1, j: 9
    i: 2, j: 8
    i: 3, j: 7
    i: 4, j: 6
    */
    return 0;
}

#include <iostream>

int main() {
    int count = 0; // 초기화 부분 생략
    for ( ; count < 3; ++count) {
        std::cout << "Count: " << count << std::endl;
    }

    std::cout << "--- 무한 루프 예시 (break로 탈출) ---" << std::endl;
    int limit = 0;
    for ( ; ; ) { // 조건과 증감 모두 생략 -> 무한 루프
        std::cout << "Current limit: " << limit << std::endl;
        limit++;
        if (limit >= 3) {
            break; // limit이 3이 되면 루프 탈출
        }
    }

    return 0;
}

#include <iostream>

int main() {
    // 구구단 2단부터 9단까지 출력
    for (int i = 2; i <= 9; ++i) { // 바깥 루프: 단 (2단, 3단, ...)
        std::cout << "--- " << i << "단 ---" << std::endl;
        for (int j = 1; j <= 9; ++j) { // 안쪽 루프: 각 단의 곱셈
            std::cout << i << " * " << j << " = " << (i * j) << std::endl;
        }
        std::cout << std::endl; // 각 단 출력 후 한 줄 띄기
    }

    // 별(*) 패턴 출력
    for (int row = 0; row < 5; ++row) { // 5줄 반복
        for (int col = 0; col <= row; ++col) { // 각 줄마다 row+1개의 별 출력
            std::cout << "*";
        }
        std::cout << std::endl; // 한 줄 출력 후 줄바꿈
    }
    /* 출력:
    *
    **
    ***
    ****
    *****
    */
    return 0;
}

범위 기반 for 문 - C++11 이후

C++11 표준부터는 배열이나 컨테이너의 모든 요소를 순회할 때 코드를 훨씬 간결하게 작성할 수 있는 범위 기반 for 문(Range-based for loop)이 도입되었습니다.

for (요소_타입 변수_이름 : 범위) {
    // 범위의 각 요소에 대해 실행할 코드
}

• 요소_타입 변수_이름: 범위의 역참조 결과로 초기화할 변수의 타입과 이름입니다. 이 절의 배열과 std::vector<std::string>처럼 실제 요소 참조를 돌려주는 일반적인 값 컨테이너에서는 auto가 요소 값을 새 변수로 받고, const auto&는 복사 없이 읽으며, auto&는 원본 요소를 수정합니다. std::vector<bool>처럼 프록시 참조를 반환하는 범위는 이 직관과 다를 수 있으므로 해당 반복자의 참조 타입을 확인해야 합니다.
• 범위: 배열, std::vector, std::string 등과 같이 반복 가능한(iterable) 객체입니다.

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector> // std::vector를 사용하기 위해 포함

int main() {
    int numbers[] = {10, 20, 30, 40, 50}; // C-스타일 배열

    // 배열의 모든 요소 출력
    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " "; // 10 20 30 40 50
    }
    std::cout << std::endl;

    std::vector<std::string> fruits = {"Apple", "Banana", "Cherry"}; // 벡터 (컨테이너)

    // 벡터의 모든 요소 출력
    for (const std::string& fruit : fruits) { // 요소를 변경하지 않을 것이므로 const 참조 사용
        std::cout << fruit << " "; // Apple Banana Cherry
    }
    std::cout << std::endl;

    // 요소 값 변경 예시
    for (int& num : numbers) { // 참조(&)를 사용하여 실제 배열 요소에 접근
        num += 1; // 각 숫자에 1을 더함
    }
    // 변경된 배열 출력
    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " "; // 11 21 31 41 51
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

범위 기반 for 문은 범위 식을 한 번 평가한 뒤 시작과 끝을 얻어 순회합니다. 모든 요소를 차례로 다루는 목적이라면 직접 경계를 계산하지 않아 인덱스 오류를 줄일 수 있습니다. 반대로 위치 번호, 부분 범위, 역순, 간격, 여러 순회 상태를 직접 제어해야 한다면 일반 for가 더 분명합니다.

아래 다이어그램은 일반 for와 범위 기반 for의 선택 기준에 더해, range-for 요소를 복사할지 읽기 전용 참조로 받을지 원본 참조로 받을지 비교합니다.