Pythonでスキルアップ!初心者でも理解できるメソッドの活用20選

Pythonのメソッドを学ぶ初心者が集中しているイラスト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

プログラミング言語Pythonを学ぶ初心者の皆さん、こんにちは。

今回の記事ではPythonのメソッドについて、初心者向けに徹底解説していきます。

基本的なメソッドから応用的なメソッド、さらには特殊メソッドまで、20の具体的な使用例とコードを交えて解説していきます。

この記事を読んで、Pythonのメソッドを自在に操ることができるようになりましょう。

●Pythonメソッドの基本

○メソッドとは?

メソッドとは、オブジェクト指向プログラミングにおける重要な概念で、オブジェクトに対する操作を定義したものです。

Pythonでは、数値、文字列、リスト、辞書などのデータ型(これらをオブジェクトと呼びます)それぞれに対して利用できるメソッドが定義されています。

○メソッドの構文

Pythonでメソッドを使用する基本的な構文は次のようになります。

オブジェクト.メソッド名(引数)

ここで、オブジェクトはメソッドを呼び出す対象であり、メソッド名は実行したい操作を表し、引数はメソッドが必要とする追加情報を示します。

●Pythonの基本的なメソッド

さて、Pythonでよく使用される基本的なメソッドをいくつか紹介していきます。

ここでは、リスト型のオブジェクトを例に取り、その操作方法を学びます。

○len():リストの長さを取得するメソッド

len()メソッドはリストの長さ、つまりリストに含まれる要素の数を取得します。

次のコードでは、リストの長さを表示します。

sample_list = [1, 2, 3, 4, 5]
print(len(sample_list))

この例では、リストsample_listには5つの要素が含まれているため、出力結果は5になります。

○append():リストに要素を追加するメソッド

append()メソッドはリストの末尾に新たな要素を追加します。

sample_list = [1, 2, 3, 4, 5]
sample_list.append(6)
print(sample_list)

この例では、リストsample_listに新たな要素6を追加しています。

その結果、出力されるリストは[1, 2, 3, 4, 5, 6]となります。

○extend():リストに別のリストを結合するメソッド

extend()メソッドを使用すると、一つのリストに別のリストを結合することができます。

使用例を見てみましょう。

sample_list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
sample_list2 = [6, 7, 8, 9, 10]
sample_list1.extend(sample_list2)
print(sample_list1)

この例では、sample_list1sample_list2を結合しています。

その結果、出力されるリストは[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]となります。

○sort():リストをソートするメソッド

リストを順序づけるためにはsort()メソッドを使用します。

このメソッドは、リスト内の要素を昇順に並べ替えます。

数値の場合は小さい順、文字列の場合はアルファベット順に並べ替えられます。

ここでのサンプルコードでは、数値のリストを使ってsort()メソッドの使い方を見ていきましょう。

numbers = [3, 5, 1, 4, 2]
numbers.sort()
print(numbers)  # 結果: [1, 2, 3, 4, 5]

このコードでは、まず[3, 5, 1, 4, 2]という数値のリストを定義しています。

次にsort()メソッドを使用し、リスト内の数値を昇順に並べ替えています。

最終的にprint()関数を用いて結果を出力しています。

結果は[1, 2, 3, 4, 5]となり、リストが昇順に並べ替えられていることがわかります。

○reverse():リストの順序を反転させるメソッド

リストの要素の順序を逆にしたいときは、reverse()メソッドを使用します。

このメソッドはリストの要素をその場で逆順に並べ替えます。

次に、このreverse()メソッドの使用例を見てみましょう。

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
numbers.reverse()
print(numbers)  # 結果: [5, 4, 3, 2, 1]

このコードでは、まず[1, 2, 3, 4, 5]という数値のリストを定義しています。

その後、reverse()メソッドを用いてリストの要素の順序を反転させています。

最後に、print()関数を使って結果を出力しています。出力結果は[5, 4, 3, 2, 1]となり、リストの順序が反転していることがわかります。

○count():特定の要素の数を数えるメソッド

特定の要素がリストの中で何回出現するかを知りたいときには、count()メソッドを使用します。

count()メソッドは指定した要素の出現回数を返します。

numbers = [1, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4]
print(numbers.count(2))  # 結果: 2
print(numbers.count(3))  # 結果: 3
print(numbers.count(5))  # 結果: 0

このコードでは、まず[1, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4]というリストを定義しています。

次にcount()メソッドを使用して、リスト内の特定の要素の出現回数を調べています。

2の出現回数は2回、3の出現回数は3回、5の出現回数は0回であることがわかります。

このように、count()メソッドを使うことで、リスト内の特定の要素の出現回数を調べることができます。

●Pythonの応用的なメソッド

私たちがPythonを使ってコードを書くとき、文字列に対する操作は非常に一般的です。

そのため、文字列を操作するための便利なメソッドをいくつか見てみましょう。

○format():文字列を整形するメソッド

format()メソッドは、特定のフォーマットを持つ文字列を作成するためのメソッドです。

下記のコードは、format()メソッドを使って整数を2桁にフォーマットし、その結果を表示する例を紹介しています。

num = 5
print("{:02d}".format(num))

上記のコードでは、formatメソッドを使って、変数numの値(この場合は5)を02dというフォーマットに変換しています。

02dとは、「2桁の10進数整数に変換し、足りない桁数は0で埋める」という意味です。

この例では、5が一桁の数値なので、前に0が追加され、結果として’05’が出力されます。

○split():文字列を分割するメソッド

split()メソッドは、文字列を特定の区切り文字で分割し、その結果をリストとして返すメソッドです。

下記のコードでは、split()メソッドを使って、スペースで区切られた文字列をリストに変換する例を示しています。

text = "Hello World"
words = text.split(" ")
print(words)

このコードでは、スペースを区切り文字として文字列”Hello World”を分割しています。

splitメソッドの実行結果はリストとなり、そのリストは[‘Hello’, ‘World’]となります。

○join():文字列を結合するメソッド

join()メソッドは、文字列のリストを特定の文字や文字列で結合するメソッドです。

下記のコードでは、join()メソッドを使ってリストの要素をスペースで結合する例を表しています。

words = ["Hello", "World"]
text = " ".join(words)
print(text)

このコードでは、スペースを区切り文字としてリスト[‘Hello’, ‘World’]の要素を結合しています。

joinメソッドの実行結果は文字列となり、その文字列は”Hello World”となります。

○startswith():文字列が特定の文字列で始まるか確認するメソッド

startswith()メソッドは、文字列が特定の文字列で始まっているかどうかを確認するメソッドです。

下記のコードでは、startswith()メソッドを使って文字列が”Hello”で始まっているかを確認する例を表しています。

text = "Hello World"
result = text.startswith("Hello")
print(result)

このコードでは、文字列”Hello World”が”Hello”で始まっているかを確認しています。

startswithメソッドの実行結果はブール値となり、そのブール値はTrueとなります。

○endswith():文字列が特定の文字列で終わるか確認するメソッド

endswith()メソッドは、文字列が特定の文字列で終わっているかどうかを確認するメソッドです。

下記のコードでは、endswith()メソッドを使って文字列が”World”で終わっているかを確認する例を表しています。

text = "Hello World"
result = text.endswith("World")
print(result)

このコードでは、文字列”Hello World”が”World”で終わっているかを確認しています。

endswithメソッドの実行結果はブール値となり、そのブール値はTrueとなります。

○find():文字列内に特定の文字列が存在するか確認するメソッド

find()メソッドは、文字列内に特定の文字列が存在する位置を探すメソッドです。もし文字列が見つからなければ、-1を返します。

下記のコードでは、find()メソッドを使って文字列内に”World”が存在する位置を探す例を表しています。

text = "Hello World"
index = text.find("World")
print(index)

このコードでは、文字列”Hello World”から”World”の開始位置を探しています。

findメソッドの実行結果は整数となり、その整数は6となります(Pythonでは文字列のインデックスは0から始まるため)。

●Pythonの特殊メソッド

特殊メソッドはPythonにおいて特別な役割を果たします。

これらのメソッドはある特定の演算や関数が呼び出される際に、自動的に呼び出されるメソッドです。

これらを適切に使用することで、Pythonのオブジェクトをより直感的に操作できます。

特殊メソッドは、オブジェクト指向プログラミングの基本的な要素であり、初心者がPythonの力を十分に引き出すために理解しておくべき重要な要素です。

○str():オブジェクトを文字列に変換するメソッド

str()メソッドは、Pythonの特殊メソッドの一つで、オブジェクトを人間が読める形式の文字列に変換するためのメソッドです。

このメソッドはprint()関数が呼び出されたときや、str()関数がオブジェクトに対して呼び出されたときに自動的に使用されます。具体的な使い方を見てみましょう。

以下のコードは、カスタムクラスPersonにstr()メソッドを実装したものです。

このクラスは二つの属性、nameとageを持っています。そして、str()メソッドは、これらの属性を人間が理解しやすい形式の文字列に変換します。

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def __str__(self):
        return f'名前: {self.name}, 年齢: {self.age}'

person = Person('山田', 25)
print(person)

上記のコードを実行すると、次のような結果が得られます: ‘名前: 山田, 年齢: 25’。これはPersonオブジェクトを人間が理解できる形式の文字列に変換した結果です。

○len():オブジェクトの長さを定義するメソッド

len()メソッドは、Pythonの特殊メソッドの一つで、オブジェクトの長さ(要素の数)を定義するためのメソッドです。

このメソッドは、len()関数がオブジェクトに対して呼び出されたときに自動的に使用されます。

下記のコードは、カスタムクラスQueueにlen()メソッドを実装したものです。

このクラスは、データを順番に格納するためのリストitemsを持っています。

そして、len()メソッドは、このリストに含まれる要素の数を返します。

class Queue:
    def __init__(self):
        self.items = []

    def enqueue(self, item):
        self.items.append(item)

    def __len__(self):
        return len(self.items)

queue = Queue()
queue.enqueue('アイテム1')
queue.enqueue('アイテム2')
print(len(queue))

上記のコードを実行すると、次の結果が得られます: 2。

これはQueueオブジェクトの長さ、つまりリストに含まれる要素の数を返した結果です。

○getitem():インデックスを使ってオブジェクト内の要素を取得するメソッド

getitem()メソッドはPythonの特殊メソッドの一つで、インデックスを使ってオブジェクト内の要素を取得するためのメソッドです。

このメソッドは、ブラケット記法(例:my_list[0])がオブジェクトに対して使用されたときに自動的に呼び出されます。

リストやディクショナリなどの内部の要素に直接アクセスするのに便利です。

下記のコードは、カスタムクラスMyListにgetitem()メソッドを実装したものです。

このクラスはリストを内部に持ち、getitem()メソッドを通じてその要素にアクセスします。

class MyList:
    def __init__(self):
        self.data = []

    def add(self, item):
        self.data.append(item)

    def __getitem__(self, index):
        return self.data[index]

my_list = MyList()
my_list.add('要素1')
my_list.add('要素2')
print(my_list[0])  # '要素1'を出力

上記のコードを実行すると、次の結果が得られます: ‘要素1’。これはMyListオブジェクトの0番目の要素を取得した結果です。

○setitem():インデックスを使ってオブジェクト内の要素を設定するメソッド

setitem()メソッドはPythonの特殊メソッドの一つで、インデックスを使ってオブジェクト内の要素を設定(置き換え)するためのメソッドです。

このメソッドは、ブラケット記法と代入演算子(例:my_list[0] = ‘新しい要素’)がオブジェクトに対して使用されたときに自動的に呼び出されます。

下記のコードは、先ほどのMyListクラスにsetitem()メソッドを追加したものです。

このクラスはリストを内部に持ち、getitem()メソッドでその要素にアクセスし、setitem()メソッドでその要素を設定します。

class MyList:
    def __init__(self):
        self.data = []

    def add(self, item):
        self.data.append(item)

    def __getitem__(self, index):
        return self.data[index]

    def __setitem__(self, index, value):
        self.data[index] = value

my_list = MyList()
my_list.add('要素1')
my_list.add('要素2')
my_list[0] = '新しい要素'
print(my_list[0])  # '新しい要素'を出力

上記のコードを実行すると、次の結果が得られます: ‘新しい要素’。

これはMyListオブジェクトの0番目の要素を新たに設定した結果です。

これらのメソッド、getitem()とsetitem()は、Pythonのリストやディクショナリなどの組み込みデータ型と同じように、カスタムデータ型を操作するためのインターフェイスを提供します。

これにより、カスタムデータ型をより直感的に操作できるようになります。

●Pythonメソッドの注意点と対処法

Pythonのメソッドを使用する際には、いくつか注意点があります。

下記ではその注意点と、それらをどのように対処すれば良いのかについて説明します。

まず一つ目の注意点は、getitem()やsetitem()のような特殊メソッドが必ずしもすべてのオブジェクトで利用可能ではないという点です。

特に、ユーザーが定義したカスタムクラスでは、これらのメソッドが定義されていない限りは使用できません。

したがって、次のようなコードはエラーを引き起こします。

class MyClass:
    pass

my_obj = MyClass()
my_obj[0]  # エラーが発生します

上記のコードを実行すると、TypeErrorが発生します。

これは、MyClassがgetitem()メソッドをサポートしていないためです。

この問題を解決するためには、getitem()メソッドをカスタムクラスに実装します。

下記の例では、MyClassにgetitem()メソッドを追加しています。

class MyClass:
    def __init__(self):
        self.data = ['要素1', '要素2', '要素3']

    def __getitem__(self, index):
        return self.data[index]

my_obj = MyClass()
print(my_obj[0])  # '要素1'を出力します

上記のコードを実行すると、’要素1’が出力されます。

これは、MyClassオブジェクトの0番目の要素を取得した結果です。

二つ目の注意点は、インデックスがオブジェクトの範囲外である場合、getitem()メソッドはIndexErrorを引き起こすという点です。

例えば、次のようなコードはエラーを引き起こします。

my_list = ['要素1', '要素2', '要素3']
print(my_list[3])  # エラーが発生します

上記のコードを実行すると、IndexErrorが発生します。

これは、my_listにはインデックス3の要素が存在しないためです。

この問題を解決するためには、インデックスがリストの範囲内であることを確認するか、エラーハンドリングを行います。

下記の例では、try-except文を使ってエラーハンドリングを行っています。

my_list = ['要素1', '要素2', '要素3']
try:
    print(my_list[3])
except IndexError:
    print('指定したインデックスは範囲外です。')

上記のコードを実行すると、’指定したインデックスは範囲外です。’というメッセージが出力されます。

これは、tryブロック内でIndexErrorが発生したときにexceptブロックが実行されるためです。

●Pythonメソッドのカスタマイズ方法

Pythonでは、既存のメソッドをカスタマイズすることが可能です。

これは、Pythonがオブジェクト指向言語であるために、クラスやメソッドを自由に定義、変更することが可能であるからです。

ここでは、具体的なカスタマイズ例として、クラスの特殊メソッドをオーバーライドする方法について説明します。

下記のコードは、Pythonの組み込みリスト型をカスタマイズした例です。

この例では、新たに定義したMyListクラスで、組み込みリストのgetitem()メソッドをオーバーライドしています。

class MyList(list):
    def __getitem__(self, index):
        if index < 0 or index >= len(self):
            return None  # インデックスが範囲外の場合、Noneを返す
        return super().__getitem__(index)  # それ以外の場合、通常の__getitem__()を呼び出す

my_list = MyList(['要素1', '要素2', '要素3'])
print(my_list[0])  # '要素1'を出力します
print(my_list[3])  # Noneを出力します

上記のコードを実行すると、最初のprint文では’要素1’が出力され、次のprint文ではNoneが出力されます。

これは、MyListのgetitem()メソッドがインデックスが範囲外の場合にはNoneを返すようにオーバーライドされているためです。

このように、Pythonでは特殊メソッドをオーバーライドすることで、クラスの動作を自由にカスタマイズすることが可能です。

ただし、既存のメソッドをオーバーライドする際には、そのメソッドがもともと持っていた動作を理解しておくことが重要です。

これにより、予期しないエラーやバグを防ぐことができます。

まとめ

今回の記事では、Pythonのメソッドのカスタマイズ方法について詳しく説明しました。

Pythonの強力な機能の一つであるオブジェクト指向性により、既存のメソッドを自由に変更、カスタマイズすることが可能です。

具体的には、Pythonの組み込みリスト型を継承した新しいクラスを作り、そのクラスの中で特殊メソッドgetitem()をオーバーライドしました。

この結果、インデックスが範囲外のときにはNoneを返すという独自の動作を実現することができました。

しかし、クラスやメソッドをカスタマイズする際には、予期しないエラーやバグを防ぐために、元の動作を理解した上で行うことが大切です。

特に、Pythonの組み込みメソッドをオーバーライドする場合には、そのメソッドがもともとどのような動作をしていたのかを理解しておくことが重要です。

Pythonはその機能の豊富さから初心者でも容易に始めることができる一方、その深さを追求することで多くの可能性を秘めています。

この記事を通じて、Pythonのメソッドの基本的な使い方だけでなく、さらに応用的な利用方法についても理解を深めることができたことと思います。

Pythonプログラミングの学習は、一見すると難しく感じるかもしれませんが、一つひとつの要素を丁寧に学び、それらを組み合わせていくことで、コーディングスキルは着実に上達します。

今後もPythonの世界を深掘りしていくために、この記事が参考になれば幸いです。