プログラミングで大切なのは、効率よくコードを書くことです。同じ処理を何度も書くのは時間も手間もかかりますが、Pythonでは「関数」を使うことで、この問題を解決できます。関数を使うことで、コードを簡潔にし、再利用性を高めることが可能です。
この章では、Pythonにおける関数の基本的な使い方を解説します。関数の定義方法、引数や戻り値の取り扱い、変数のスコープなどを学び、関数を使った効率的なプログラミングの基礎を固めましょう。
6.1 関数とは何か？
関数とは、特定の処理をひとまとまりにした再利用可能なコードのブロックです。関数を使うと、同じ処理を何度も書く必要がなくなり、プログラムが読みやすく、保守しやすくなります。
6.1.1 関数の基本構造
Pythonで関数を定義する際には、def キーワードを使います。基本的な関数の構造は次の通りです：
def 関数名(引数):
処理
return 戻り値def：関数を定義するためのキーワード関数名：関数の名前（任意の名前を付けられます）引数：関数に渡すデータ（必要に応じて設定）return：関数の結果を返すキーワード（省略も可能）
6.1.2 簡単な関数の例
まずは、最も基本的な関数を見てみましょう。これは、呼び出されるたびに特定のメッセージを表示する関数です。
def say_hello():
print("Hello, World!")
この関数 say_hello() は、実行されると “Hello, World!” と表示します。関数を定義しただけでは実行されないので、次のように関数を呼び出す必要があります。
say_hello() # "Hello, World!" と表示される
関数を呼び出すたびに、同じメッセージが表示されます。
6.2 引数を使った関数
関数の中には、実行するたびに異なるデータを受け取り、それに応じた処理を行いたい場合があります。このような場合、関数に**引数（パラメータ）**を渡します。引数を使うことで、同じ関数を様々なデータで柔軟に使うことができるようになります。
6.2.1 引数のある関数の例
引数を使った関数の例を見てみましょう。次の関数は、名前を引数として受け取り、挨拶を表示します。
def greet(name):
print(f"Hello, {name}!")
この関数 greet() は、呼び出す際に渡された name という引数を使ってメッセージを表示します。引数を使って関数を呼び出す方法は次の通りです：
greet("Alice") # "Hello, Alice!" と表示される
greet("Bob") # "Hello, Bob!" と表示される
この例では、greet() に異なる引数（”Alice” や “Bob”）を渡すことで、関数が動的に処理を行っているのがわかります。
6.2.2 複数の引数を持つ関数
Pythonの関数は、複数の引数を持つことができます。次の例では、2つの引数を受け取り、その合計を計算して表示する関数を定義します。
def add_numbers(a, b):
result = a + b
print(f"{a} + {b} = {result}")
この関数 add_numbers() は、a と b の2つの引数を受け取り、それらを足し合わせた結果を表示します。
add_numbers(3, 5) # "3 + 5 = 8" と表示される
add_numbers(10, 20) # "10 + 20 = 30" と表示される
引数を増やすことで、関数の処理をより複雑にすることもできます。
6.3 戻り値を持つ関数
関数が処理を行った結果を戻り値として返すこともできます。戻り値を使うことで、関数の結果を他の処理に活用したり、変数に保存することが可能です。
6.3.1 戻り値のある関数
戻り値を返すには、関数の中で**return** キーワードを使います。次の例では、2つの引数を受け取り、その合計を戻り値として返す関数を定義します。
def add_numbers(a, b):
return a + b
この関数 add_numbers() は、引数 a と b の合計を return で返します。戻り値は、関数を呼び出した場所で受け取ることができ、例えば変数に保存して後で使うことができます。
result = add_numbers(3, 5)
print(result) # 8と表示される
このように、戻り値を利用することで、関数の結果を他の処理に活用できるようになります。
6.3.2 複数の戻り値を返す
Pythonの関数では、複数の値を一度に返すことができます。次の例では、2つの数値を受け取り、それらの合計と差を返す関数を定義します。
def calculate(a, b):
total = a + b
difference = a - b
return total, difference
この関数 calculate() は、2つの戻り値（合計と差）を返します。呼び出し元では、これらの戻り値を複数の変数に分けて受け取ることができます。
sum_result, diff_result = calculate(10, 5)
print(f"合計: {sum_result}, 差: {diff_result}")
このコードの実行結果は次のようになります：
合計: 15, 差: 5
6.4 引数のデフォルト値
Pythonでは、引数にデフォルト値を設定することができます。デフォルト値を持つ引数は、関数を呼び出す際にその引数を省略すると、自動的にデフォルト値が使われます。
6.4.1 デフォルト引数の例
次の関数では、greet() に name という引数を渡さなかった場合、デフォルトで "Guest" という名前が使われます。
def greet(name="Guest"):
print(f"Hello, {name}!")
この関数は、引数を渡さずに呼び出すことも、引数を指定して呼び出すこともできます。
greet() # "Hello, Guest!" と表示される
greet("Alice") # "Hello, Alice!" と表示される
デフォルト引数を設定することで、関数を呼び出す際の柔軟性が向上します。
6.5 キーワード引数と位置引数
Pythonの関数は、位置引数とキーワード引数の2つの方法で引数を渡すことができます。通常、関数の引数は定義された順序に従って渡されますが、キーワード引数を使うと、引数名を指定して渡すことができ、順序に関係なくデータを渡すことが可能です。
6.5.1 位置引数
位置引数は、関数の定義に従って引数を順番に渡す方法です。
def display_info(name, age):
print(f"Name: {name}, Age: {age}")
display_info("Alice", 30) # 順番に従って引数が渡される
6.5.2 キーワード引数
キーワード引数を使うと、引数名を指定して値を渡せるため、順番に依存せずに引数を渡せます。
display_info(age=25, name="Bob") # 順序に関係なく引数を渡せる
キーワード引数を使うと、関数の引数が多い場合や、順番を間違えたくない場合に便利です。
6.6 変数のスコープ
変数のスコープとは、その変数がどの範囲で有効（アクセス可能）かを示す概念です。Pythonには主に2種類のスコープがあります。
6.6.1 ローカル変数
関数内で定義された変数はローカル変数と呼ばれ、その関数の中だけで有効です。関数の外部からはアクセスできません。
def my_function():
x = 10 # これはローカル変数
print(x)
my_function() # 10と表示される
# print(x) # エラー、関数の外からxにはアクセスできない
ローカル変数は、関数が終了するとメモリから消されます。
6.6.2 グローバル変数
グローバル変数は、関数の外で定義され、プログラム全体で有効な変数です。関数の中でもアクセス可能ですが、関数内で変更するには特別な手続きが必要です。
x = 10 # これはグローバル変数
def my_function():
print(x) # グローバル変数xにアクセス
my_function() # 10と表示される
関数内でグローバル変数を変更したい場合、global キーワードを使って明示的に指定する必要があります。
x = 10 # グローバル変数
def change_value():
global x
x = 20 # グローバル変数xを変更
change_value()
print(x) # 20と表示される
まとめ
この章では、Pythonの関数について詳しく学びました。関数は、プログラムの中で繰り返し使う処理をまとめるために非常に便利なツールです。引数を使って柔軟にデータを渡し、戻り値を使って計算結果を他の処理に活用することができます。また、ローカル変数とグローバル変数の違いを理解し、スコープを適切に管理することも重要です。