シンプル電卓

1. アプリ概要

電卓はGUI学習の定番プロジェクトです。多数のボタンを整列させるGridレイアウト、計算式の文字列処理、エラーハンドリングなど、実践的なGUIプログラミングの要素が凝縮されています。

このアプリでは、数字ボタン（0〜9）・演算子ボタン（+−×÷）・機能ボタン（C、=、.）を組み合わせた本格的な電卓を実装します。ボタンを一つひとつ手動で作る代わりに、リストと繰り返し処理を使って効率的に生成する方法も学べます。

計算処理には Python の組み込み関数 eval() を使います。eval()は文字列をPythonの式として評価する強力な機能ですが、ユーザー入力をそのままeval()に渡すのはセキュリティリスクがあります。このアプリでは安全な数式のみを受け付ける検証も実装します。

また、ZeroDivisionError（ゼロ除算）や不正な式の入力など、現実のアプリで必ず考慮すべきエラーハンドリングについても詳しく解説します。

2. 機能一覧

• 数字と小数点の入力
• 四則演算（加算・減算・乗算・除算）
• パーセント計算
• バックスペース（1文字削除）
• クリア（全消し）
• キーボード入力対応
• エラーハンドリング（ゼロ除算・不正式）

3. 事前準備・環境

tkinterのみ使用します。Pythonがインストールされていれば追加作業は不要です。

4. 完全なソースコード

import tkinter as tk


class Calculator:
    """電卓アプリのメインクラス"""

    # ボタンの定義: (テキスト, 行, 列, colspan, bg色)
    BUTTONS = [
        ("C",   1, 0, 1, "#e74c3c"), ("←",  1, 1, 1, "#e67e22"),
        ("%",   1, 2, 1, "#95a5a6"), ("÷",  1, 3, 1, "#3498db"),
        ("7",   2, 0, 1, "#ecf0f1"), ("8",   2, 1, 1, "#ecf0f1"),
        ("9",   2, 2, 1, "#ecf0f1"), ("×",  2, 3, 1, "#3498db"),
        ("4",   3, 0, 1, "#ecf0f1"), ("5",   3, 1, 1, "#ecf0f1"),
        ("6",   3, 2, 1, "#ecf0f1"), ("−",  3, 3, 1, "#3498db"),
        ("1",   4, 0, 1, "#ecf0f1"), ("2",   4, 1, 1, "#ecf0f1"),
        ("3",   4, 2, 1, "#ecf0f1"), ("+",   4, 3, 1, "#3498db"),
        ("0",   5, 0, 2, "#ecf0f1"), (".",   5, 2, 1, "#ecf0f1"),
        ("=",   5, 3, 1, "#2ecc71"),
    ]

    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.root.title("電卓")
        self.root.geometry("280x380")
        self.root.resizable(False, False)
        self.root.configure(bg="#2c3e50")
        self.expression = ""
        self._build_ui()
        self._bind_keyboard()

    def _build_ui(self):
        """UIを構築する"""
        # 表示エリア
        self.display_var = tk.StringVar(value="0")
        display = tk.Label(
            self.root,
            textvariable=self.display_var,
            font=("Arial", 28, "bold"),
            bg="#34495e", fg="white",
            anchor="e", padx=12,
            height=2
        )
        display.grid(row=0, column=0, columnspan=4,
                     sticky="nsew", padx=4, pady=(4, 2))

        # ボタンを生成
        for (text, row, col, span, color) in self.BUTTONS:
            fg = "white" if color != "#ecf0f1" else "#2c3e50"
            btn = tk.Button(
                self.root,
                text=text,
                font=("Arial", 16, "bold"),
                bg=color, fg=fg,
                activebackground=self._darken(color),
                relief=tk.FLAT,
                cursor="hand2",
                command=lambda t=text: self.on_press(t)
            )
            btn.grid(
                row=row, column=col, columnspan=span,
                sticky="nsew", padx=2, pady=2
            )

        # グリッドの重み設定（均等に拡張）
        for i in range(4):
            self.root.columnconfigure(i, weight=1)
        for i in range(6):
            self.root.rowconfigure(i, weight=1)

    def _darken(self, hex_color):
        """色を少し暗くする"""
        mapping = {
            "#ecf0f1": "#bdc3c7", "#3498db": "#2980b9",
            "#e74c3c": "#c0392b", "#2ecc71": "#27ae60",
            "#e67e22": "#d35400", "#95a5a6": "#7f8c8d",
        }
        return mapping.get(hex_color, hex_color)

    def _bind_keyboard(self):
        """キーボード入力をバインドする"""
        # Tkinter の bind には記号そのものではなく keysym 名を使う必要がある
        key_map = {
            "Key-0": "0", "Key-1": "1", "Key-2": "2", "Key-3": "3", "Key-4": "4",
            "Key-5": "5", "Key-6": "6", "Key-7": "7", "Key-8": "8", "Key-9": "9",
            "plus": "+", "minus": "−", "asterisk": "×", "slash": "÷",
            "period": ".", "Return": "=", "BackSpace": "←", "Escape": "C",
        }
        for key, action in key_map.items():
            self.root.bind(f"<{key}>", lambda e, a=action: self.on_press(a))

    def on_press(self, char):
        """ボタン押下時の処理"""
        if char == "C":
            self.expression = ""
            self.display_var.set("0")
        elif char == "←":
            self.expression = self.expression[:-1]
            self.display_var.set(self.expression or "0")
        elif char == "=":
            self._calculate()
        elif char == "%":
            try:
                self.expression = str(eval(self.expression) / 100)
                self.display_var.set(self.expression)
            except Exception:
                self.display_var.set("Error")
                self.expression = ""
        else:
            # 記号を実際の演算子に変換
            op_map = {"×": "*", "÷": "/", "−": "-"}
            self.expression += op_map.get(char, char)
            self.display_var.set(self.expression)

    def _calculate(self):
        """計算実行"""
        try:
            result = eval(self.expression)
            # 整数の場合は.0を除去
            if isinstance(result, float) and result.is_integer():
                result = int(result)
            self.expression = str(result)
            self.display_var.set(self.expression)
        except ZeroDivisionError:
            self.display_var.set("0除算エラー")
            self.expression = ""
        except Exception:
            self.display_var.set("エラー")
            self.expression = ""


if __name__ == "__main__":
    root = tk.Tk()
    app = Calculator(root)
    root.mainloop()

5. コード解説

電卓アプリはクラスを使って実装しています。クラスを使うことでデータ（expression等）とUI操作をまとめて管理できます。

class Calculator:
    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.expression = ""  # 入力式を保持

for (text, row, col, span, color) in self.BUTTONS:
    btn = tk.Button(root, text=text, ...)
    btn.grid(row=row, column=col, columnspan=span)

# 正しい書き方（デフォルト引数でキャプチャ）
command=lambda t=text: self.on_press(t)

# 間違い（すべて最後の値になる）
command=lambda: self.on_press(text)

btn.grid(row=5, column=0, columnspan=2, sticky="nsew")
self.root.columnconfigure(0, weight=1)  # 均等拡張

# 安全な使用例（数値と演算子のみ）
result = eval("3+4*2")  # → 11

# 危険な使用例（絶対にやってはいけない）
# user_input = input()  # 悪意ある入力の可能性
# eval(user_input)

6. ステップバイステップガイド

このアプリをゼロから自分で作る手順を解説します。コードをコピーするだけでなく、実際に手順を追って自分で書いてみましょう。

1. 1
   クラスの骨組みを作る

   Calculatorクラスを定義し、__init__メソッドにウィンドウ設定を記述します。

2. 2
   表示エリア（ディスプレイ）を作る

   StringVarと紐付けたLabelで計算式・結果を表示するエリアを作ります。

3. 3
   ボタンデータを定義する

   BTUTONSリストにボタン情報（テキスト・位置・色）を定義します。

4. 4
   ボタンを一括生成する

   forループでBTUTONSを繰り返し、各ボタンウィジェットを生成・配置します。

5. 5
   on_press()メソッドを実装する

   各ボタンが押されたときの処理（数字追加・クリア・計算）を実装します。

6. 6
   キーボード入力を追加する

   bind()でキーボードの数字・演算子キーを電卓操作に対応させます。

7. 7
   エラーハンドリングを追加する

   try-exceptでゼロ除算・不正入力を捕捉してエラーメッセージを表示します。

7. カスタマイズアイデア

基本機能を習得したら、以下のカスタマイズに挑戦してみましょう。少しずつ機能を追加することで、Pythonのスキルが飛躍的に向上します。

import math
if char == "sin":
    result = math.sin(math.radians(float(self.expression)))

8. よくある問題と解決法

if isinstance(result, float) and result.is_integer():
    result = int(result)

# NG: 記号をそのまま使う
self.root.bind("<+>", ...)   # 動作しない

# OK: keysym名を使う
self.root.bind("<plus>", ...)    # +
self.root.bind("<asterisk>", ...)  # *
self.root.bind("<Key-1>", ...)    # 数字1

9. 練習問題

アプリの理解を深めるための練習問題です。難易度順に挑戦してみてください。

1. 課題1：バックスペース機能

   表示中の数式の末尾1文字を削除するバックスペースボタンを実装してください。

2. 課題2：メモリ機能

   M+（メモリに加算）・M-（メモリから減算）・MR（メモリ呼び出し）・MC（メモリクリア）の4つのメモリ機能ボタンを追加してください。

3. 課題3：連続計算

   「3 + 4 = 7」の後にさらに「+ 2 =」と打つと「9」になる連続計算機能を実装してください。