Pythonの引数完全マスター!15選の実用サンプルコードと詳解

Pythonの関数と引数の解説と実用的なサンプルコードPython

 

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この記事では、プログラムの基礎知識を前提に話を進めています。

説明のためのコードや、サンプルコードもありますので、もちろん初心者でも理解できるように表現してあります。

基本的な知識があればカスタムコードを使って機能追加、目的を達成できるように作ってあります。

※この記事は、一般的にプロフェッショナルの指標とされる『実務経験10000時間以上』を満たすプログラマ集団によって監修されています。

はじめに

プログラミングの世界では、関数と引数は手を取り合って歩いているようなものです。

Pythonも例外ではありません。

これらを理解し、適切に使えるようになると、コードの記述が楽になり、また理解も深まるでしょう。

この記事では、Pythonの関数と引数について初心者向けに詳解します。

また、Pythonプログラミングスキルを上げるための15の実用的なサンプルコードも提供します。

●Pythonとは

Pythonは、コードがシンプルで読みやすく、初心者にも扱いやすいという特徴を持つプログラミング言語です。

これは、Pythonが「人間が理解しやすいコードを書く」ことを一つの理念にしているからです。

そしてその一環として、関数と引数が重要な役割を果たしています。

●Pythonの関数とは

○関数の基本

関数とは、特定の処理を行うためのコードの塊のことです。関数を使うことで、同じ処理を何度も書かずに済みます。

また、コードの見通しもよくなり、バグを防ぐのにも役立ちます。

○関数の定義方法

Pythonで関数を定義するには、”def”というキーワードを使います。

その後に関数名と引数を指定し、コロン(:)で終わります。

次の行から関数の中身、つまり処理内容を書いていきます。

●Pythonの引数とは

○引数の基本

引数とは、関数に与える情報のことです。

関数は引数に基づいて異なる結果を出力することができます。

これにより、関数の汎用性と再利用性が向上します。

○引数の種類

Pythonでは、位置引数、キーワード引数、デフォルト引数、可変長引数、可変長キーワード引数といった様々な種類の引数を使うことができます。

それぞれの使い方や違いについて、次節では実用的なサンプルコードを交えて解説します。

●引数の使い方と実用的なサンプルコード

この部分では、15個の実用的なサンプルコードを用いて、Pythonの引数の使い方を詳しく解説していきます。

各コードはそれぞれ異なる目的と特徴を持ち、引数の活用方法を豊かに表しています。

具体的なコードの内容とその実行結果についても詳しく見ていきましょう。

○サンプルコード1:位置引数

このコードでは、Pythonの最も基本的な引数である位置引数を用いた関数を紹介します。

位置引数は、引数を関数に渡す際にその位置(順序)によって識別されます。

def greet(name, greeting):
    return f"{greeting}, {name}!"

print(greet("Alice", "Hello"))

この例では、greetという関数を定義し、2つの位置引数namegreetingを使っています。

これらの引数は、関数が呼び出されるときに指定された順序で値が渡されます。

したがって、このコードを実行すると、”Hello, Alice!”という結果が出力されます。

○サンプルコード2:キーワード引数

次に、キーワード引数を使った例を見てみましょう。

キーワード引数は、引数の名前(キーワード)によって識別され、関数呼び出し時にその名前とともに指定されます。

def greet(name="World", greeting="Hello"):
    return f"{greeting}, {name}!"

print(greet(greeting="Good morning"))

この例では、greet関数は2つのキーワード引数namegreetingを持ち、それぞれにデフォルトの値”World”と”Hello”が設定されています。

print文でgreet関数を呼び出す際には、greeting引数だけを指定しています。

その結果、”Good morning, World!”という文字列が出力されます。

○サンプルコード3:デフォルト引数

デフォルト引数とは、関数を定義する際に引数に既定値を設定しておくものです。

呼び出し側から値が渡されない場合、このデフォルト値が使用されます。

これにより、引数がオプションになり、より柔軟なコードを書くことができます。

次に示すコードでは、デフォルト引数を使った関数の定義と呼び出しを行っています。

具体的には、引数bにデフォルト値2を設定し、aとbの掛け算を行う関数を定義しています。

def multiply(a, b=2):
    return a * b

print(multiply(3))  # 6
print(multiply(3, 4))  # 12

上記のコードでは、関数multiplyは2つの引数aとbを持ちますが、bにはデフォルト値として2が設定されています。

これにより、関数を呼び出す際にbの値が指定されなければ、自動的にbには2が使用されます。

これはmultiply(3)の呼び出しにより確認できます。

一方、もしbの値が明示的に指定されれば、その値が使用されます。

これはmultiply(3, 4)の呼び出しで確認できます。

○サンプルコード4:可変長引数

次に、可変長引数について学びましょう。

可変長引数とは、関数の引数の数が変化することを許容する引数のことを指します。

Pythonでは、アスタリスク(*)を使って可変長引数を定義します。

次のコードは、可変長引数を使って複数の数字を加算する関数を定義しています。

def add(*args):
    return sum(args)

print(add(1, 2, 3))  # 6
print(add(1, 2, 3, 4, 5))  # 15

上記のコードでは、add関数は可変長引数argsを持ち、これにより任意の数の引数を取ることができます。

その引数はタプルとして関数内部に渡され、関数内部でそのタプルの合計値を計算しています。

例えば、add(1, 2, 3)は引数として1, 2, 3を取り、これらの合計である6を返します。

同様に、add(1, 2, 3, 4, 5)は引数として1, 2, 3, 4, 5を取り、これらの合計である15を返します。

○サンプルコード5:可変長キーワード引数

次に、可変長キーワード引数について学びましょう。

これは可変長引数と似ていますが、引数がキーワード引数として渡される点が異なります。

Pythonでは、二つのアスタリスク(**)を使って可変長キーワード引数を定義します。

次のコードは、可変長キーワード引数を使用して、人物のプロフィール情報を表示する関数を定義しています。

def show_profile(**kwargs):
    for key, value in kwargs.items():
        print(f"{key}: {value}")

show_profile(name="John", age=25, city="New York")

上記のコードでは、show_profile関数は可変長キーワード引数kwargsを持ち、これにより任意の数のキーワード引数を取ることができます。

その引数は辞書として関数内部に渡され、関数内部でその辞書のキーと値を順に出力しています。

例えば、show_profile(name="John", age=25, city="New York")はキーワード引数としてname, age, cityを取り、これらのキーと値を順に出力します。

○サンプルコード6:引数と戻り値

ここでは、引数と戻り値の基本的な使い方について説明します。

Pythonの関数では、処理を行った後の結果を戻り値として返すことができます。

これにより、一連の処理を関数化し、その結果を他の部分で再利用することが可能になります。

下記のサンプルコードでは、二つの整数を引数として受け取り、その合計を戻り値として返す簡単な関数を作成します。

def sum_two_numbers(num1, num2):
    result = num1 + num2
    return result

print(sum_two_numbers(3, 7))

この例では、num1num2という二つの引数を受け取り、それらを合計してresultという変数に格納しています。

そして、return文を用いて、そのresultを戻り値として返しています。

この関数を用いて、例えば37を渡して呼び出すと、結果として10が出力されます。

こういった形で、関数は引数と戻り値を使って外部のコードと情報のやり取りを行います。

このやり取りを理解し、適切に利用することで、コードの可読性や再利用性を大きく向上させることができます。

○サンプルコード7:関数内部での引数の扱い

Pythonの関数の中で引数をどのように扱うかについて説明します。

関数の内部では、引数はローカル変数として扱われます。

つまり、関数の中で引数の値を変更しても、それはその関数内だけで有効で、関数の外側には影響を及ぼしません。

下記のサンプルコードでは、引数の値を関数内部で変更する例を表しています。

def change_argument(num):
    print("Before change: ", num)
    num = 999
    print("After change: ", num)

x = 100
change_argument(x)
print("Outside function: ", x)

このコードでは、change_argumentという関数の中で、引数numの値を変更しています。

関数を呼び出す前後でnumの値を表示させることで、その変化を確認できます。

また、関数の外側でも元の変数xの値を表示させることで、関数内部での変更が外部に影響を与えないことを表しています。

この結果として、”Before change: 100″, “After change: 999”, “Outside function: 100″と表示されます。

このように、関数内部で引数の値を変更しても、元の変数には影響がないことを理解しておきましょう。

これは、予期せぬ副作用を避けるために重要な性質です。

○サンプルコード8:複数の引数と戻り値

この部分では、Pythonで複数の引数を受け取り、複数の結果を戻り値として返す方法について説明します。

Pythonの関数は、任意の数の引数を受け取り、また任意の数の値を一度に返すことができます。

これは、複数の結果を一度に計算し、それらをまとめて返す必要がある場合などに非常に役立ちます。

下記のサンプルコードでは、三つの整数を引数として受け取り、それらの合計と平均を計算して戻り値として返す関数を作成します。

def calculate_sum_and_average(num1, num2, num3):
    total = num1 + num2 + num3
    average = total / 3
    return total, average

total, average = calculate_sum_and_average(3, 4, 5)
print("Total: ", total)
print("Average: ", average)

この例では、num1, num2, num3という三つの引数を受け取り、それらの合計(total)と平均(average)を計算しています。

そして、return文を用いて、これら二つの結果を戻り値として返しています。

Pythonでは、カンマで区切ることで複数の値を一度に返すことができます。

その戻り値を受け取る側でも、同様にカンマで区切ることで複数の変数に一度に代入することができます。

したがって、この関数を用いて、例えば3, 4, 5を渡して呼び出すと、結果として"Total: 12""Average: 4.0"が出力されます。

このように、複数の引数と戻り値を扱う能力は、関数の使い勝手と柔軟性を大いに高めます。

複雑な計算を行う関数を作成する際には、この特性を活用すると良いでしょう。

○サンプルコード9:関数を引数とする関数

Pythonでは関数もまたオブジェクトの一種であり、他のデータ型と同様に引数や変数として扱うことができます。

そのため、関数を引数として受け取る関数を作成することが可能です。

この機能を活用すれば、関数の動作を柔軟にカスタマイズしたり、同じ形式の処理を行いつつ具体的な処理内容を変えたりすることが可能になります。

関数を引数として受け取り、その関数を使って何かしらの処理を行うサンプルコードを紹介します。

def apply_function(f, value):
    return f(value)

def square(x):
    return x ** 2

result = apply_function(square, 5)
print(result)

このサンプルコードでは、まずapply_functionという関数を定義しています。

この関数は2つの引数fvalueを取り、f(value)の結果を返します。

つまり、fがどのような関数であれ、その関数をvalueに適用するという処理を行います。

その後、2乗を計算するsquare関数を定義し、このsquare関数と整数5apply_functionに渡しています。

結果として25が出力されるはずです。

なぜなら、apply_functionsquare関数を5に適用し、その結果を返しているからです。

次に、このコードを一部変更して、別の関数を引数として使用する例を見てみましょう。

def double(x):
    return x * 2

result = apply_function(double, 5)
print(result)

このコードでは、新たにdoubleという関数を定義し、この関数と整数5apply_functionに渡しています。

そのため、出力結果は10となります。

このように、引数として渡す関数を変更するだけで、同じapply_functionでも異なる振る舞いをすることが可能です。

これは、特定のパターンの処理を多く行うような場合には非常に有用な機能と言えます。

○サンプルコード10:引数を持つラムダ関数

ラムダ関数とは、Pythonにおける無名関数のことで、短い一行のコードで定義することができます。

ラムダ関数は、一時的な使用や短い関数を引数として渡す際に便利です。

それではラムダ関数を引数とする例を見てみましょう。

result = apply_function(lambda x: x ** 3, 5)
print(result)

ここでは、apply_functionにラムダ関数を引数として渡しています。

このラムダ関数は与えられた値を立方するという操作を表しています。そのため、出力結果は125となります。

ラムダ関数は一時的に使う関数に適しています。

なぜなら、名前を付ける必要がなく、コードも短く書くことができるからです。

それゆえ、上記の例のような場合には非常に有用です。

ただし、ラムダ関数はその場で使うためのものであり、複雑なロジックを実装するためには通常の関数定義を利用することが推奨されます。

○サンプルコード11:引数を変えて同じ関数を呼び出す

Pythonでは、関数を呼び出す際に引数を変更することで、同じ関数で異なる結果を出力することが可能です。

引数を用いることで関数の再利用性が高まり、コードの冗長性が軽減されます。

def greeting(name):
    return "Hello, " + name

print(greeting("Alice"))
print(greeting("Bob"))

このコードでは、greetingという関数を定義しています。

この関数はnameという引数を持ち、”Hello, “という文字列にその引数を連結した結果を返します。

そのため、関数を呼び出す際に引数を”Alice”にした場合は”Hello, Alice”を、”Bob”にした場合は”Hello, Bob”を出力します。

これにより、”Hello, “という挨拶をする部分のコードを再利用し、挨拶する相手を引数で指定することができます。

これは関数と引数の基本的な使い方で、引数を用いることで関数の汎用性が向上します。

○サンプルコード12:引数を使ったエラーハンドリング

Pythonのエラーハンドリングでは、エラーが発生した時に特定の処理を行うことが可能です。

関数の引数が特定の条件を満たさない時にエラーを出力する、といったエラーハンドリングを引数で行うことができます。

def divide(numerator, denominator):
    if denominator == 0:
        raise ValueError("denominator cannot be zero")
    return numerator / denominator

try:
    print(divide(10, 0))
except ValueError as e:
    print(e)

このコードでは、分子と分母を引数にとり、それらを使って割り算を行うdivideという関数を定義しています。

もし分母が0だった場合、ValueErrorを出力します。

このエラーハンドリングにより、0で割るというエラーを回避することが可能となります。

次に、try-except文を用いてエラーが出力された場合の処理を記述します。

この例では、divide関数で0で割る操作を試み、エラーが出たときにそのエラーメッセージを出力します。

引数の使い方を理解すると、このように具体的なエラーハンドリングが可能となります。

エラーハンドリングはプログラムの安定性を保つために重要な概念で、引数を用いることで柔軟なエラーハンドリングを実現できます。

○サンプルコード13:引数の順番を変える

Pythonの関数は、引数の順番がそのまま引数の識別に関わってきます。

しかし、引数に名前を付けて関数を呼び出すときは、その順番を自由に変えることができます。

def greet(greeting, name):
    print(f"{greeting}, {name}!")

greet(name="Alice", greeting="Hello")

このコードでは、あいさつと名前を引数にとり、それらを使って挨拶を出力するgreetという関数を定義しています。その後、引数に名前を付けて関数を呼び出します。

引数の順番を自由に変えることができ、それでもしっかりと挨拶の出力ができることを確認できます。

この結果を出力すると、「Hello, Alice!」という結果が得られます。

つまり、Pythonでは、関数の引数の順番を変えることが可能であることが分かります。

○サンプルコード14:引数を持つクラスメソッド

Pythonのクラスでは、クラス自身を引数に取るメソッドを作成することが可能です。

これはクラスメソッドと呼ばれます。

class MyClass:
    @classmethod
    def hello(cls, name):
        print(f"Hello, {name} from {cls}!")

MyClass.hello("Alice")

このサンプルコードでは、クラス名と名前を引数に取り、それを使って挨拶を出力するクラスメソッドhelloを定義しています。

その後、クラスメソッドを呼び出しています。

このコードを実行すると、「Hello, Alice from !」というメッセージが出力されます。

つまり、クラスメソッドではクラス自身とその他の引数を組み合わせて使用することが可能であることが分かります。

このようにPythonのクラスメソッドは、クラス自身を操作したり、クラスに依存した処理を行う際に有用です。

○サンプルコード15:引数を持つデコレータ関数

デコレータは関数やメソッドの挙動を変更したり、拡張したりする機能を提供します。

一般的には関数を引数に取り、新たな関数を返す関数のことを指します。

その一方で、デコレータ自体も引数を取ることが可能であり、この特性を利用するとより高度なカスタマイズが可能になります。

def repeat(n):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            for _ in range(n):
                func(*args, **kwargs)
        return wrapper
    return decorator

@repeat(3)
def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

greet("Alice")

このコードでは、デコレータrepeatが引数nを取るように定義されています。

このnは、デコレートされる関数が呼ばれる回数を決定します。

具体的には、repeatは別のデコレータdecoratorを返し、decoratorは元の関数funcを引数に取ります。

そしてdecoratorは新たな関数wrapperを返します。

このwrapperは、元の関数funcn回呼び出すという動作を行います。

このコードを実行すると、greet("Alice")は「Hello, Alice!」を3回出力します。

これは、デコレータrepeatが3という引数を取り、関数greetを3回呼び出すように指示しているからです。

このように、引数を持つデコレータを使用すると、関数の挙動を動的にカスタマイズすることが可能となります。

●注意点と対処法

Pythonの引数について学ぶ際、いくつかの注意点とその対処法を把握しておくと良いでしょう。

一部の初心者が犯しやすい間違いとして、以下の3点を挙げておきます。

①必須引数を忘れる

関数が引数を必要とする場合、その引数を省略して関数を呼び出すとエラーになります。

対処法としては、関数を呼び出す際に必要な引数を忘れずに指定することが重要です。

def greet(name):  # 必須引数 "name"
    print(f"Hello, {name}!")

greet()  # 引数を省略 -> エラー

上記のコードを実行すると、TypeError: greet() missing 1 required positional argument: 'name'というエラーが発生します。

このエラーメッセージは「必須引数”name”が不足している」と指摘しています。

②引数の順序を間違える

関数が複数の引数を受け取る場合、それらの引数は通常、定義された順序で値を受け取ります。

引数の順序を間違えて指定すると、意図しない結果を生じる可能性があります。

def greet(time, name):
    print(f"Good {time}, {name}!")

greet("Alice", "morning")  # 引数の順序を間違える

上記のコードを実行すると、「Good Alice, morning!」という意図しない結果を得ます。

引数の順序を正しく指定すれば、「Good morning, Alice!」と出力されるはずでした。

③デフォルト引数の罠

デフォルト引数に可変のデータ型(リストや辞書など)を指定すると、予期しない挙動を引き起こす可能性があります。

これは、関数が初めて呼び出されたときにデフォルト引数のオブジェクトが作成され、その後の関数呼び出しでも同じオブジェクトが共有されるためです。

def append_to(element, to=[]):
    to.append(element)
    return to

print(append_to(1))  # [1]
print(append_to(2))  # [1, 2] 予期しない結果

上記のコードでは、予期しない結果「[1, 2]」が得られます。

これは、同じデフォルト引数のリストオブジェクトに対して要素が追加され続けるためです。

対処法としては、デフォルト引数に不変のデータ型を用いるか、Noneを指定して関数内で新たなオブジェクトを生成する方法があります。

まとめ

この記事では、Pythonの引数について詳しく解説し、15選の実用的なサンプルコードを提供しました。

初めてPythonの引数に触れる初心者でも理解できるように、基本的な使い方からより深い部分まで、順を追って丁寧に説明しました。

特に、引数の種類やそれぞれの特性、引数の使い方についての基本的な知識は、Pythonプログラミングにおいて必須のものです。

また、argsや*kwargsを用いた可変長引数の扱い方、デフォルト引数とは何か、どのように扱うべきかといったテーマも扱いました。

これらはすべて、Pythonで効率的かつ正確なコードを書くための重要な要素です。

さらに、引数に関連するエラーや間違いを防ぐための注意点と対処法も取り上げ、それらが実際のコードでどのように影響を及ぼすかについて、具体的なサンプルコードを用いて説明しました。

これらのポイントを把握し、日々のコーディングに活かすことで、Pythonプログラミングのスキルを一段と向上させることができます。

最後に、Pythonの引数を扱う上での重要なポイントを再確認しておきましょう。

  • 必須引数を忘れない
  • 引数の順序を正しく指定する
  • デフォルト引数の罠を避ける

これらを心掛けることで、Pythonの引数をより効果的に利用することができます。

これらの知識と技術を活用し、より高度なPythonプログラミングに挑戦してみてください。

今回学んだ内容が、皆様のPythonプログラミングにあたって、一助となれば幸いです。