4.2.3 for 루프

for 루프는 확정적 반복을 위한 기본적인 구문으로, 일련의 문장들을 지정된 횟수만큼 실행하도록 설계되었습니다. 이 횟수는 루프가 시작되기 전에 한 번만 평가되는 이산 범위(discrete range)에 의해 결정됩니다.

Ada에서 이산 타입(discrete type)은 값들 사이에 명확하고 뚜렷한 구분이 있는 타입을 의미합니다. 이 범주에는 다음이 포함됩니다.

• 정수 타입 (예: Integer, Natural, Positive)
• 사전 정의된 Boolean과 Character 타입을 포함하는 열거형 타입.

값들이 셀 수 있고 순서가 있기 때문에, 루프는 각 값을 순차적으로 반복할 수 있습니다. 이처럼 반복 횟수를 미리 알 수 있다는 결정론적(deterministic) 특성은 for 루프의 핵심적인 특징입니다. Float이나 String과 같은 비이산 타입에는 사용할 수 없습니다.

루프는 루프 파라미터(loop parameter)를 도입하는데, 이는 각 반복마다 이산 범위 내의 연속된 원소 값을 갖는 식별자입니다. 이 루프 파라미터는 세 가지 중요한 속성을 가집니다.

1. 루프 자체에 의해 암묵적으로 선언됩니다. 별도의 선언이 필요하지 않습니다.
2. 그 스코프(scope)는 loop 키워드부터 end loop 키워드까지의 루프 본문으로 제한됩니다. 루프 밖에서는 보이지 않습니다.
3. 루프 내에서 상수(constant)입니다. 그 값은 각 반복이 시작될 때 루프 메커니즘에 의해 자동으로 갱신되며, 루프 본문 안의 코드로는 수정할 수 없습니다.

이산 범위 반복 (Iteration over Discrete Ranges)

가장 흔한 형태는 .. 연산자로 명시된 값의 범위를 반복하는 것입니다. 루프는 오름차순(기본값)으로 진행하거나 reverse 키워드를 사용하여 내림차순으로 진행할 수 있습니다.

예제 (정수 범위):

with Ada.Text_IO;

procedure integer_loop_example is
begin
  -- 1부터 10까지 반복
  for i in 1 .. 10 loop
    Ada.Text_IO.put_line ("Ascending: " & Integer'image (i));
  end loop;

  Ada.Text_IO.new_line;

  -- 10부터 1까지 반복
  for i in reverse 1 .. 10 loop
    Ada.Text_IO.put_line ("Descending: " & Integer'image (i));
  end loop;
end integer_loop_example;

예제 (열거형 범위): 이 예제는 사용자 정의 열거형 타입을 반복하는 것을 보여줍니다.

with Ada.Text_IO;

procedure enum_loop_example is
  type Day_Of_Week is (Monday, Tuesday, Wednesday, Thursday, Friday, Saturday, Sunday);
begin
  for day in Day_Of_Week'range loop  -- 'range는 전체 범위를 제공
    Ada.Text_IO.put (Day_Of_Week'image (day) & " ");
  end loop;
  Ada.Text_IO.new_line;

  -- 열거형의 일부 범위만 반복
  for day in Wednesday .. Friday loop
    Ada.Text_IO.put_line ("Workday: " & Day_Of_Week'image (day));
  end loop;
end enum_loop_example;

단일 범위 평가의 원칙 (The Principle of Single Range Evaluation)

Ada for 루프의 결정적인 특징은 그 이산 범위가 단 한 번만 평가된다는 점입니다. 이는 첫 반복이 시작되기 전에 범위가 완전히 계산되고 그 경계가 고정됨을 의미합니다. 이 단일 평가는 루프 파라미터를 위한 불변의 값 시퀀스를 설정하며, 결과적으로 반복 횟수는 루프 본문이 실행되기 전에 결정됩니다.

이 원칙은 null 범위(null range)를 가진 루프의 동작을 직접적으로 관장합니다. 범위의 하한이 상한보다 크면 (예: 5 .. 1) 그 범위는 null로 간주됩니다. 범위가 null일 때, 루프는 즉시 완료되며 0번의 반복을 수행합니다. 루프 본문 안의 문장들은 전혀 실행되지 않습니다.

reverse 키워드는 범위의 경계를 맞바꾸지 않으므로, 범위 자체의 유효성이 아닌 반복의 방향에만 영향을 미친다는 점을 이해해야 합니다. 이러한 이유로 for j in reverse 1 .. 0 loop 루프는 실행되지 않습니다. 범위 1 .. 0은 reverse 키워드가 반복 순서를 위해 고려되기 전에 null로 결정됩니다. 이는 안전하고 예측 가능한 결과를 제공합니다.

예제: Null 범위의 동작

다음 예제는 null 범위를 가진 루프가 reverse 키워드를 사용하더라도 그 본문을 실행하지 않음을 보여줍니다.

with Ada.Text_IO;

procedure null_range_example is
  use Ada.Text_IO;
  loop_1_executed : Boolean := False;
  loop_2_executed : Boolean := False;
begin
  -- 이 루프는 5가 1보다 크므로 실행되지 않음
  for i in 5 .. 1 loop
    loop_1_executed := True;
  end loop;

  if not loop_1_executed then
    put_line ("Loop with range 5 .. 1 did not execute.");
  end if;

  -- 'reverse'를 사용해도 null 범위는 유효해지지 않음
  -- 이 루프 또한 1이 0보다 크므로 실행되지 않음
  for j in reverse 1 .. 0 loop
    loop_2_executed := True;
  end loop;

  if not loop_2_executed then
    put_line ("Loop with range 'reverse 1 .. 0' did not execute.");
  end if;
end null_range_example;

출력:

Loop with range 5 .. 1 did not execute.
Loop with range 'reverse 1 .. 0' did not execute.

이러한 설계는 for 루프가 예측 가능하고 결정론적임을 보장합니다. 매 반복 전에 종료 조건을 재평가하고 루프 내에서 수정할 수 있는 C 언어의 for 루프와 달리, Ada for 루프의 반복 횟수는 루프 본문 안에서 범위의 경계값을 변경해도 영향을 받지 않습니다.

예제: 불변의 반복 횟수

다음 코드는 루프의 범위를 정의하는 데 사용된 변수가 루프 내에서 수정되더라도, 원래의 반복 횟수는 변하지 않음을 보여줍니다.

with Ada.Text_IO;

procedure immutable_bounds_example is
  use Ada.Text_IO;
  upper_bound : Integer := 3;
begin
  put_line ("Loop will start with range 1 .. " & Integer'image (upper_bound));
  new_line;

  -- '1 .. upper_bound' 범위는 여기서 '1 .. 3'으로 평가됨
  -- 이제 루프는 정확히 3번 실행되도록 고정됨
  for i in 1 .. upper_bound loop
    put_line ("Start of iteration " & Integer'image (i) &
              ": upper_bound is " & Integer'image (upper_bound));

    if i = 2 then
      upper_bound := 10; -- 이 변경은 루프의 실행 기간에 영향을 주지 않음
      put_line (" -> upper_bound changed to 10 inside the loop.");
    end if;
  end loop;

  new_line;
  put_line ("Loop finished. It executed 3 times as determined initially.");
  put_line ("Final value of upper_bound: " & Integer'image (upper_bound));
end immutable_bounds_example;

출력:

Loop will start with range 1 ..  3

Start of iteration  1: Upper_Bound is  3
Start of iteration  2: Upper_Bound is  3
 -> Upper_Bound changed to 10 inside the loop.
Start of iteration  3: Upper_Bound is  10

Loop finished. It executed 3 times as determined initially.
Final value of Upper_Bound:  10

이 동작은 우발적인 무한 루프나 조기 종료와 같은 흔한 종류의 오류를 방지하여 프로그램의 안전성과 신뢰성을 향상시킵니다. 또한 프로그래머가 루프의 선언만 보고도 정확한 반복 횟수를 결정할 수 있게 하여 코드 가독성을 높입니다.

배열 및 컨테이너 반복 (Array and Container Iteration)

for 루프는 배열이나 반복 가능한 컨테이너의 원소들을 반복하는 데에도 사용될 수 있습니다.

• 배열 인덱스 반복: 'range 속성은 배열 인덱스의 범위를 제공하며, 각 원소를 인덱스로 접근하는 데 유용합니다.

  buffer : String (1 .. 10);
  -- ... (buffer가 초기화됨)
  for i in buffer'range loop
    if buffer (i) /= ' ' then
      Ada.Text_IO.put (buffer (i));
    end if;
  end loop;
  

• 배열 원소 반복 (컴포넌트 반복): Ada는 배열의 구성 요소(원소)를 직접 반복하는 것을 허용합니다. 이 경우 루프 파라미터는 원소를 직접 가리킵니다. 만약 배열이 상수가 아니라면 루프 파라미터는 변수가 되어, 배열 원소의 직접적인 수정이 가능합니다.

  my_array : array (1 .. 5) of Integer := [10, 20, 30, 40, 50];
  begin
    for element of my_array loop
      element := element * 2; -- my_array의 원소를 수정함
    end loop;
  end;
  

반복자 필터 (Iterator Filter)

when 절을 가진 iterator_filter를 for 루프에 추가하여 특정 조건을 만족하는 값에 대해서만 루프 본문을 조건부로 실행할 수 있습니다.

예제: 이 루프는 범위 내의 홀수만 처리합니다.

for i in 1 .. 10 when i mod 2 /= 0 loop
  Ada.Text_IO.put_line ("Processing odd number: " & Integer'image (i));
end loop;

님프소프트 - Ada 프로그래밍

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