Python で関数が特定の引数を受け付けるかどうかを確認する方法

はじめに

この実験では、関数のシグネチャを調べることで、Python 関数が特定の引数を受け取るかどうかを確認する方法を学びます。この実験では、inspect モジュールを利用して関数のシグネチャにアクセスし、関数が期待する引数や戻り値に関する重要な情報を取得します。

この実験では、サンプル関数を含む Python スクリプトを作成する手順を案内し、inspect.signature() を使用して関数のシグネチャを取得して表示します。また、出力を解釈して関数のパラメータと戻り値の型を理解する方法も学びます。最後に、try-except ブロックを使用して引数の渡し方をテストする方法を実演します。

Skills Graph

関数のシグネチャについて学ぶ

このステップでは、Python の関数のシグネチャについて学びます。関数のシグネチャは、関数が期待する引数と戻り値に関する重要な情報を提供します。関数のシグネチャを理解することは、クリーンで保守可能なエラーのないコードを書くために重要です。

関数のシグネチャには以下の情報が含まれます。

• 関数名： 関数の名前。
• パラメータ： 関数が受け取る引数の名前と型。
• 戻り値の型： 関数が返す値の型（ある場合）。

Python には、関数のシグネチャにアクセスして調べる方法がいくつかあります。最も一般的で強力な方法の 1 つは、inspect モジュールを使用することです。inspect モジュールを使って関数のシグネチャを調べる方法を見てみましょう。

まず、VS Code エディタを使って ~/project ディレクトリに my_function.py という名前の単純な Python スクリプトを作成しましょう。このスクリプトでは、関数を定義し、inspect モジュールを使ってそのシグネチャを調べます。

## filename: ~/project/my_function.py
import inspect

def add_numbers(x: int, y: int) -> int:
    """This function adds two numbers and returns the result."""
    return x + y

sig = inspect.signature(add_numbers)

print(sig)

このスクリプトでは、以下のことを行っています。

• inspect モジュールをインポートします。
• 2 つの整数引数 (x と y) を受け取り、その合計を整数として返す add_numbers という関数を定義します。
• 型ヒント (x: int, y: int, -> int) を使用して、引数と戻り値の期待される型を指定します。
• inspect.signature() を使用して add_numbers 関数のシグネチャを取得し、sig 変数に格納します。
• シグネチャをコンソールに出力します。

では、python コマンドを使ってスクリプトを実行しましょう。

python ~/project/my_function.py

以下の出力が表示されるはずです。

(x: int, y: int) -> int

この出力は add_numbers 関数のシグネチャを表しています。この関数が 2 つのパラメータ x と y を受け取り、どちらも整数であることが期待され、関数が整数を返すことを示しています。

関数のシグネチャを理解することで、関数を正しく使用し、一般的なエラーを回避することができます。次のステップでは、inspect モジュールを使って関数のシグネチャから詳細な情報を抽出する方法をさらに学びます。

inspect.signature() を使用する

前のステップでは、inspect.signature() を使って関数のシグネチャを取得する方法を学びました。このステップでは、シグネチャオブジェクトを使って関数のパラメータに関するより詳細な情報を抽出する方法を深く掘り下げます。

inspect.signature() 関数は Signature オブジェクトを返します。このオブジェクトには、関数のパラメータを調べるためのいくつかの便利な属性とメソッドがあります。これらの機能を調べるために、my_function.py スクリプトを変更しましょう。

VS Code エディタを使って ~/project ディレクトリの my_function.py ファイルを開き、以下のように変更します。

## filename: ~/project/my_function.py
import inspect

def add_numbers(x: int, y: int = 10) -> int:
    """This function adds two numbers and returns the result."""
    return x + y

sig = inspect.signature(add_numbers)

for param in sig.parameters.values():
    print(f"Parameter Name: {param.name}")
    print(f"Parameter Default: {param.default}")
    print(f"Parameter Annotation: {param.annotation}")
    print(f"Parameter Kind: {param.kind}")
    print("-" * 20)

この変更後のスクリプトでは、以下のことを行っています。

• y パラメータに 10 というデフォルト値を追加しました (y: int = 10)。
• Signature オブジェクトの parameters 属性を反復処理します。この属性は Parameter オブジェクトの順序付き辞書です。
• 各 Parameter オブジェクトについて、その name、default、annotation、kind 属性を出力します。

では、python コマンドを使ってスクリプトを実行しましょう。

python ~/project/my_function.py

以下の出力が表示されるはずです。

Parameter Name: x
Parameter Default: <class 'inspect._empty'>
Parameter Annotation: <class 'int'>
Parameter Kind: POSITIONAL_OR_KEYWORD
--------------------
Parameter Name: y
Parameter Default: 10
Parameter Annotation: <class 'int'>
Parameter Kind: POSITIONAL_OR_KEYWORD
--------------------

出力を分解してみましょう。

• Parameter Name: パラメータの名前 (x と y)。
• Parameter Default: パラメータのデフォルト値。パラメータにデフォルト値がない場合、これは inspect._empty になります。
• Parameter Annotation: パラメータの型注釈（例：<class 'int'>）。
• Parameter Kind: パラメータの種類で、POSITIONAL_OR_KEYWORD、VAR_POSITIONAL、VAR_KEYWORD、KEYWORD_ONLY、POSITIONAL_ONLY のいずれかになります。この場合、x と y はどちらも POSITIONAL_OR_KEYWORD です。つまり、位置引数またはキーワード引数として渡すことができます。

inspect.signature() を使用することで、関数のパラメータとそのプロパティについてより深い理解を得ることができます。この情報は、関数と正しくやり取りするコードを書くため、およびコードを効果的にドキュメント化するために役立ちます。

try-except を使った引数渡しのテスト

このステップでは、関数に引数を渡す際に発生する可能性のあるエラーを処理するために、try-except ブロックを使用する方法を学びます。これは、ユーザー入力や外部データを扱う場合に特に重要です。このようなデータの型や形式は、関数が期待するものと異なる可能性があります。

try-except を使ったエラーハンドリングを含むように、my_function.py スクリプトを変更しましょう。無効な引数で add_numbers 関数を呼び出し、結果として発生する TypeError をキャッチします。

VS Code エディタを使って ~/project ディレクトリの my_function.py ファイルを開き、以下のように変更します。

## filename: ~/project/my_function.py
import inspect

def add_numbers(x: int, y: int = 10) -> int:
    """This function adds two numbers and returns the result."""
    return x + y

try:
    result = add_numbers("hello", 5)
    print(f"Result: {result}")
except TypeError as e:
    print(f"Error: {e}")

try:
    result = add_numbers(5, "world")
    print(f"Result: {result}")
except TypeError as e:
    print(f"Error: {e}")

try:
    result = add_numbers(5, 5)
    print(f"Result: {result}")
except TypeError as e:
    print(f"Error: {e}")

この変更後のスクリプトでは、以下のことを行っています。

• add_numbers の呼び出しを try-except ブロックで囲みます。
• 最初の引数に文字列を、2 番目の引数に整数を指定して add_numbers を呼び出そうとします。
• 最初の引数に整数を、2 番目の引数に文字列を指定して add_numbers を呼び出そうとします。
• 2 つの整数を引数として add_numbers を呼び出そうとします。
• TypeError が発生した場合（整数の代わりに文字列を渡したときに発生します）、例外をキャッチしてエラーメッセージを出力します。
• TypeError が発生しない場合、関数呼び出しの結果を出力します。

では、python コマンドを使ってスクリプトを実行しましょう。

python ~/project/my_function.py

以下の出力が表示されるはずです。

Error: unsupported operand type(s) for +: 'str' and 'int'
Error: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'
Result: 10

この出力は、try-except ブロックを使って、関数に無効な引数を渡したときに発生するエラーを適切に処理できることを示しています。最初の 2 回の add_numbers 呼び出しでは TypeError 例外が発生し、except ブロックでキャッチされて処理されます。2 つの整数を引数とする 3 回目の add_numbers 呼び出しは正常に実行され、結果が出力されます。

try-except ブロックを使用することは、堅牢で信頼性の高いコードを書くためのベストプラクティスです。これにより、潜在的なエラーを予測し、プログラムがクラッシュしないように処理することができます。

まとめ

この実験では、Python の関数シグネチャについて、および関数が期待する引数と返り値に関する情報をどのように提供するかを学びました。関数シグネチャを理解することは、クリーンで保守可能なコードを書くために重要です。

この実験では、inspect モジュール、特に inspect.signature() 関数を使用して、Python 関数のシグネチャを取得して調べる方法を示しました。型ヒント付きの簡単な関数を作成し、inspect.signature() を使用して関数のシグネチャをコンソールに出力し、期待される引数の型と返り値の型を明らかにしました。