【7周でよくわかるPython 6周目】エラー処理と例外 - 予期せぬ事態に備える

2025年2月8日 19:00

「7周でよくわかるシリーズ」は、ある特定のテーマについて、初心者から上級者まで、段階的に理解を深めていけるように設計された記事シリーズです。螺旋階段を一段ずつ登るように、同じ事柄を繰り返しながら、少しずつ説明の難易度を上げていきます。

5周目はこちら

この6周目では、プログラム実行中に発生するエラーへの対処法である「エラー処理」と「例外」について学びます。これまでの学習で、皆さんはPythonの基本的な構文やオブジェクト指向プログラミングについて理解を深めてきました。しかし、どんなに注意深くプログラムを書いても、エラーは発生する可能性があります。エラーを適切に処理し、プログラムが異常終了しないようにすることは、堅牢なアプリケーションを開発するために非常に重要です。このステップでは、エラーの種類、例外処理の仕組み、そして例外を効果的に活用する方法について、さらに深く掘り下げていきましょう。

エラーの種類 - 様々なエラーとその原因

プログラムを実行していると、様々なエラーが発生する可能性があります。エラーは大きく分けて、以下の3種類に分類されます。

①構文エラー (Syntax Error): プログラムの構文が間違っているために発生するエラーです。例えば、コロンの付け忘れ、インデントのずれ、括弧の閉じ忘れなど、Pythonの文法に従っていない場合に発生します。構文エラーがあると、プログラムは実行開始前にエラーを検出し、実行されません。

# 例：構文エラー（コロンの付け忘れ）
if x > 5  # コロンがない！
    print("xは5より大きい")

②実行時エラー (Runtime Error): プログラムの実行中に発生するエラーです。構文的には正しくても、実行時に何らかの問題が発生した場合に起こります。例えば、存在しないファイルを開こうとしたり、ゼロで除算を行ったり、定義されていない変数を使用したりすると、実行時エラーが発生します。

# 例：実行時エラー（ゼロ除算）
x = 10
y = 0
result = x / y  # ZeroDivisionErrorが発生

③論理エラー (Logic Error): プログラムがエラーなく実行されても、期待した結果が得られない場合に発生するエラーです。これは、プログラムのロジック（アルゴリズム）に誤りがあるために起こります。論理エラーは、構文エラーや実行時エラーと異なり、エラーメッセージが表示されないため、発見が難しい場合があります。

# 例：論理エラー（平均値を求めるつもりが合計値になっている）
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
sum = 0
for number in numbers:
    sum += number
average = sum  # 平均値ではなく合計値になっている！
print(average)

例外とは？ - エラー情報を伝えるオブジェクト

例外 (Exception) とは、プログラムの実行中に発生したエラー情報を表すオブジェクトです。実行時エラーが発生すると、Pythonは例外オブジェクトを生成し、プログラムの通常の流れを中断して、例外処理の仕組みに制御を移します。

例えば、ゼロ除算を行うとZeroDivisionErrorという例外が発生します。これは、ZeroDivisionErrorというクラスのオブジェクトが生成され、エラーに関する情報が格納されていることを意味します。

例外処理 - エラーに対処する仕組み

例外処理とは、例外が発生したときに、プログラムが異常終了しないように適切に対処するための仕組みです。Pythonでは、try-except文を使って例外処理を記述します。

try:
    # 例外が発生する可能性のある処理
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    # ZeroDivisionError例外が発生した場合に実行する処理
    print("ゼロで除算することはできません")

try: tryブロックには、例外が発生する可能性のある処理を記述します。
except: exceptブロックには、特定の例外が発生した場合に実行する処理を記述します。exceptの後には、捕捉したい例外の種類を指定します。

この例では、tryブロックの中でゼロ除算を行っています。ゼロ除算を行うとZeroDivisionError例外が発生するため、except ZeroDivisionErrorブロックが実行され、「ゼロで除算することはできません」というメッセージが表示されます。

複数の例外を処理する - 複数のexcept節

tryブロック内で複数の種類のエラーが発生する可能性がある場合は、複数のexcept節を使って、それぞれの例外に応じた処理を記述することができます。

try:
    # 例外が発生する可能性のある処理
    file = open("nonexistent_file.txt", "r")
    result = 10 / 0
    file.close()
except FileNotFoundError:
    # FileNotFoundError例外が発生した場合に実行する処理
    print("ファイルが見つかりません")
except ZeroDivisionError:
    # ZeroDivisionError例外が発生した場合に実行する処理
    print("ゼロで除算することはできません")

この例では、tryブロックの中で、存在しないファイルを開こうとしたり、ゼロ除算を行ったりしています。FileNotFoundErrorとZeroDivisionErrorの2つの例外を捕捉するために、2つのexcept節を記述しています。

すべての例外を処理する - Exceptionクラス

特定の例外だけでなく、すべての例外を捕捉したい場合は、Exceptionクラスを指定します。Exceptionクラスは、ほとんどの例外の基底クラス（親クラス）なので、except Exceptionとすることで、様々な例外をまとめて処理することができます。

try:
    # 例外が発生する可能性のある処理
    result = 10 / 0
except Exception as e:
    # すべての例外が発生した場合に実行する処理
    print("エラーが発生しました:", e)

この例では、except Exception as eとすることで、発生した例外オブジェクトをeという変数に格納しています。これにより、エラーメッセージなどの情報を取得することができます。

例外が発生しなかった場合の処理 - else節

tryブロックで例外が発生しなかった場合にのみ実行したい処理がある場合は、else節を使います。

try:
    # 例外が発生する可能性のある処理
    result = 10 / 2
except ZeroDivisionError:
    # ZeroDivisionError例外が発生した場合に実行する処理
    print("ゼロで除算することはできません")
else:
    # 例外が発生しなかった場合に実行する処理
    print("計算結果:", result)

この例では、tryブロックで例外が発生しなかった場合、else節が実行され、「計算結果: 5.0」というメッセージが表示されます。

後処理を行う - finally節

例外の発生の有無に関わらず、必ず最後に実行したい処理がある場合は、finally節を使います。finally節は、ファイルやネットワーク接続などのリソースを解放する際によく使われます。

try:
    # 例外が発生する可能性のある処理
    file = open("my_file.txt", "r")
    # ファイルを使った処理
except FileNotFoundError:
    # FileNotFoundError例外が発生した場合に実行する処理
    print("ファイルが見つかりません")
finally:
    # 例外の発生有無に関わらず、必ず実行する処理
    file.close()  # ファイルを閉じる

この例では、tryブロックでファイルを開き、何らかの処理を行っています。FileNotFoundError例外が発生する可能性がありますが、finally節でfile.close()を実行することで、例外の発生有無に関わらず、確実にファイルを閉じることができます。

例外を発生させる - raise文

意図的に例外を発生させたい場合は、raise文を使います。raise文を使うと、任意の例外を発生させることができます。

def validate_age(age):
    if age < 0:
        raise ValueError("年齢は0以上である必要があります")

try:
    validate_age(-5)
except ValueError as e:
    print(e)  # "年齢は0以上である必要があります"が表示される

この例では、validate_age関数は、引数ageが0未満の場合にValueError例外を発生させています。raise ValueError("年齢は0以上である必要があります")とすることで、エラーメッセージを指定しています。

カスタム例外 - 独自の例外を定義する

アプリケーション固有のエラーを表現するために、独自の例外クラスを定義することができます。カスタム例外を定義するには、Exceptionクラスまたはそのサブクラスを継承して、新しいクラスを作成します。

class InvalidEmailError(Exception):
    """無効なメールアドレスが指定された場合に発生する例外"""
    pass

def send_email(address, message):
    if "@" not in address:
        raise InvalidEmailError("無効なメールアドレスです")
    # メール送信処理

try:
    send_email("invalid_email", "Hello")
except InvalidEmailError as e:
    print(e)  # "無効なメールアドレスです"が表示される

この例では、InvalidEmailErrorという名前のカスタム例外を定義しています。send_email関数は、メールアドレスに"@"が含まれていない場合にInvalidEmailError例外を発生させます。

例外処理のベストプラクティス - 効果的な例外処理のために

例外処理を効果的に行うためには、いくつかのベストプラクティスがあります。

具体的な例外を捕捉する: できるだけExceptionではなく、具体的な例外（ValueError、TypeError、FileNotFoundErrorなど）を捕捉するようにしましょう。これにより、予期せぬエラーを見逃すリスクを減らすことができます。
例外処理の範囲を適切に設定する: tryブロックの範囲を必要最小限にすることで、エラーの発生箇所を特定しやすくなります。
エラーメッセージを明確にする: 例外を発生させる際には、エラーの原因や対処法が分かるように、明確なエラーメッセージを指定しましょう。
過剰な例外処理を避ける: すべてのエラーを捕捉して握りつぶしてしまうと、問題の発見が遅れたり、デバッグが困難になったりする可能性があります。本当に必要な場合にのみ例外処理を行うようにしましょう。
ログを活用する: 例外が発生した際には、エラーメッセージだけでなく、発生日時、発生箇所、関連する変数の値などの情報をログに出力すると、問題の調査や解決に役立ちます。

まとめ - エラーに強いプログラムを目指して

この6周目では、エラー処理と例外について学びました。

エラーには、構文エラー、実行時エラー、論理エラーの3種類がある。
例外とは、プログラムの実行中に発生したエラー情報を表すオブジェクト。
try-except文を使って例外処理を記述する。
複数のexcept節を使って、様々な例外を処理できる。
else節を使うと、例外が発生しなかった場合の処理を記述できる。
finally節を使うと、例外の発生有無に関わらず、必ず実行する処理を記述できる。
raise文を使って、意図的に例外を発生させることができる。
カスタム例外を定義して、アプリケーション固有のエラーを表現できる。
例外処理のベストプラクティスに従って、効果的な例外処理を行う。

エラー処理と例外は、堅牢なアプリケーションを開発するために不可欠な要素です。例外を適切に処理することで、エラー発生時にもプログラムが異常終了することなく、ユーザーにエラーメッセージを表示したり、代替処理を実行したりすることができます。7周目では、これまでの学習の総仕上げとして、より実践的なプログラミング技術について学んでいきましょう！

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