エラーハンドリング

例外処理とデバッグ

エラーハンドリング

エラーとは？

エラー はプログラム実行中に発生する問題
適切に処理されないとプログラムがクラッシュする
Pythonはエラーを捕捉し適切に処理するメカニズムを提供
良いエラーハンドリングはプログラムを堅牢でユーザーフレンドリーにする

# これはエラーを引き起こします！
number = int("hello")  # ValueError: invalid literal

エラーの種類

構文エラー:

# コロンが不足
if x > 5
    print("5より大きい")

# 括弧の不一致
print("Hello"

実行時エラー（例外）:

# ゼロ除算
result = 10 / 0

# 存在しないインデックスへのアクセス
numbers = [1, 2, 3]
print(numbers[5])

# 間違ったデータ型
int("hello")

よくある例外の種類

# ValueError: データ型に対して間違った値
int("abc")
float("hello")

# TypeError: 間違ったデータ型
"hello" + 5
len(42)

# IndexError: リストのインデックスが範囲外
my_list = [1, 2, 3]
my_list[10]

# KeyError: 辞書のキーが存在しない
my_dict = {"名前": "太郎"}
my_dict["年齢"]

# FileNotFoundError: ファイルが存在しない
open("nonexistent.txt")

try-except ブロック

基本構文:

try:
    # エラーを引き起こす可能性のあるコード
    risky_code()
except ExceptionType:
    # エラーを処理するコード
    handle_error()

シンプルな例:

try:
    number = int(input("数値を入力してください: "))
    result = 10 / number
    print(f"結果: {result}")
except ValueError:
    print("有効な数値を入力してください！")
except ZeroDivisionError:
    print("ゼロで割ることはできません！")

複数の例外を捕捉

複数のexceptブロック:

try:
    age = int(input("年齢を入力してください: "))
    category = determine_category(age)
    print(f"あなたは{category}カテゴリです")
except ValueError:
    print("年齢は数値である必要があります！")
except TypeError:
    print("無効な年齢形式です！")
except Exception as e:
    print(f"予期しないエラーが発生しました: {e}")

複数の例外をまとめて捕捉:

try:
    # 何らかのリスクのある操作
    process_data()
except (ValueError, TypeError, IndexError):
    print("データ処理エラーが発生しました！")

else と finally 句

else: 例外が発生しなかった場合に実行

try:
    number = int(input("数値を入力してください: "))
except ValueError:
    print("無効な入力です！")
else:
    print(f"入力された数値: {number}")
    # これは例外が発生しなかった場合のみ実行される

finally: 常に実行される（クリーンアップコード）

try:
    file = open("data.txt", "r")
    content = file.read()
except FileNotFoundError:
    print("ファイルが見つかりません！")
finally:
    # これは常に実行される - クリーンアップに適している
    if 'file' in locals():
        file.close()

例外情報の取得

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"エラーの詳細: {e}")
    print(f"エラーの種類: {type(e).__name__}")

# より詳細な情報
import traceback

try:
    risky_operation()
except Exception as e:
    print("エラーが発生しました:")
    print(traceback.format_exc())

カスタム例外の作成

class CustomError(Exception):
    """カスタム例外クラス"""
    def __init__(self, message, error_code=None):
        super().__init__(message)
        self.error_code = error_code

class AgeError(Exception):
    """年齢関連のエラー"""
    pass

def validate_age(age):
    if age < 0:
        raise AgeError("年齢は負の値にはできません")
    if age > 150:
        raise AgeError("年齢が現実的ではありません")
    return True

try:
    validate_age(-5)
except AgeError as e:
    print(f"年齢エラー: {e}")

ファイル操作のエラーハンドリング

def read_file_safely(filename):
    try:
        with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
            content = file.read()
            return content
    except FileNotFoundError:
        print(f"ファイル '{filename}' が見つかりません")
        return None
    except PermissionError:
        print(f"ファイル '{filename}' へのアクセス権限がありません")
        return None
    except UnicodeDecodeError:
        print(f"ファイル '{filename}' の文字エンコーディングが正しくありません")
        return None

# 使用例
content = read_file_safely("example.txt")
if content:
    print("ファイル読み取り成功")

assert文でのデバッグ

def divide(a, b):
    # デバッグ用のアサーション
    assert isinstance(a, (int, float)), "aは数値である必要があります"
    assert isinstance(b, (int, float)), "bは数値である必要があります"
    assert b != 0, "bはゼロであってはいけません"
    
    return a / b

# テスト
try:
    result = divide(10, "2")  # AssertionError が発生
except AssertionError as e:
    print(f"アサーションエラー: {e}")

# 本番環境では assert を無効化できる
# python -O script.py

ログ記録とエラー追跡

import logging

# ログ設定
logging.basicConfig(
    level=logging.INFO,
    format='%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s'
)

def process_user_data(data):
    try:
        # データ処理
        result = complex_calculation(data)
        logging.info("データ処理が正常に完了しました")
        return result
    except ValueError as e:
        logging.error(f"データエラー: {e}")
        raise
    except Exception as e:
        logging.critical(f"予期しないエラー: {e}")
        raise

# 使用例
try:
    result = process_user_data([1, 2, 3])
except Exception:
    logging.error("データ処理に失敗しました")

実践演習

演習: ロバストな計算機

class Calculator:
    def __init__(self):
        self.history = []
    
    def calculate(self, expression):
        try:
            # 安全な評価（evalは危険なので制限された環境で）
            allowed_chars = set('0123456789+-*/(). ')
            if not all(c in allowed_chars for c in expression):
                raise ValueError("無効な文字が含まれています")
            
            result = eval(expression)
            self.history.append(f"{expression} = {result}")
            return result
            
        except ZeroDivisionError:
            return "エラー: ゼロ除算"
        except ValueError as e:
            return f"エラー: {e}"
        except SyntaxError:
            return "エラー: 無効な式"

# 使用例
calc = Calculator()
expressions = ["2+2", "10/0", "2*invalid", "3**2"]

for expr in expressions:
    result = calc.calculate(expr)
    print(f"{expr} → {result}")

演習: ファイル処理システム

import json

class DataManager:
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename
        self.data = self.load_data()
    
    def load_data(self):
        try:
            with open(self.filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
                return json.load(file)
        except FileNotFoundError:
            print("データファイルが見つかりません。新しいファイルを作成します。")
            return {}
        except json.JSONDecodeError:
            print("データファイルが破損しています。バックアップから復元してください。")
            return {}
    
    def save_data(self):
        try:
            with open(self.filename, 'w', encoding='utf-8') as file:
                json.dump(self.data, file, ensure_ascii=False, indent=2)
            return True
        except PermissionError:
            print("ファイルへの書き込み権限がありません。")
            return False
        except Exception as e:
            print(f"保存中にエラーが発生しました: {e}")
            return False

# 使用例
manager = DataManager("user_data.json")
manager.data["users"] = ["太郎", "花子"]
if manager.save_data():
    print("データが正常に保存されました")

ベストプラクティス

具体的な例外を捕捉 - Exceptionではなく具体的な例外型を使用
適切なエラーメッセージ - ユーザーに分かりやすいメッセージを提供
ログ記録 - エラーを適切にログに記録
クリーンアップ - finallyやwith文でリソースを確実に解放
例外の再発生 - 必要に応じて例外を再発生させる

次の内容

モジュールとパッケージ (コードの整理)
クラスとオブジェクト (オブジェクト指向プログラミング)
継承 (コードの再利用)
ファイル操作 (データの永続化)

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リソース: - Python.org - エラー - Real Python - 例外処理 - Python Tutor

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エラーとは？

エラーの種類

よくある例外の種類

try-except ブロック

複数の例外を捕捉

else と finally 句

例外情報の取得

カスタム例外の作成

ファイル操作のエラーハンドリング

assert文でのデバッグ

ログ記録とエラー追跡

実践演習

演習: ロバストな計算機

演習: ファイル処理システム

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