シーザー暗号

1. アプリ概要

テキストを指定シフト数で暗号化・復号化するアプリ。ord/chr関数を使った文字コード操作を学べる。

このアプリはconvertersカテゴリの実践的なPythonアプリです。使用ライブラリは tkinter（標準ライブラリ）、難易度は ★☆☆ です。

このアプリは「変換ツール」カテゴリです。形式変換ツールは入力・処理・出力の三層を明示的に書く好材料で、エラー入力の扱いやバリデーションの基本を体験できます。tkinter（標準ライブラリ） を活かして実装するこの構造は、他のアプリにも応用が効きます。

コピー＆実行で動作確認 → コード解説で構造理解 → カスタマイズで応用、の 3 ステップで進めると、短時間で本質を押さえられます。

アプリを完成させた後は、自分の使い方に合わせて改造するのが学びを定着させる近道です。カスタマイズ章のアイデアを足がかりに、独自機能を一つ追加してみてください。

2. 機能一覧

• 「暗号化」ボタン（encrypt()）・「復号」ボタン（decrypt()）・「入れ替え →」ボタン（swap()）・「クリア」ボタン（clear()）で操作
• messagebox.showerror()・messagebox.showwarning() によるダイアログ通知
• ウィンドウはタイトル「シーザー暗号」・サイズ 640x520 で起動

3. 事前準備・環境

Windows 11（実機）で起動と基本操作を確認しています（全機能の網羅テストではありません）。Linux Mint 22.3（仮想マシン）では起動と画面表示を確認しました。macOS は標準ライブラリの範囲で動作する想定ですが、未検証です。

• Python 3.10 以上
• OS: Windows 11（実機で起動・基本操作を確認）・Linux Mint 22.3（仮想マシンで起動・画面表示を確認）

4. 完全なソースコード

import tkinter as tk
from tkinter import ttk, messagebox


class App071:
    """シーザー暗号"""

    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.root.title("シーザー暗号")
        self.root.geometry("640x520")
        self.root.minsize(640, 520)
        self.root.configure(bg="#f8f9fc")
        self._build_ui()

    def _build_ui(self):
        """UIを構築する"""
        title_frame = tk.Frame(self.root, bg="#3776ab", pady=12)
        title_frame.pack(fill=tk.X)
        tk.Label(
            title_frame, text="シーザー暗号",
            font=("Noto Sans JP", 16, "bold"),
            bg="#3776ab", fg="white"
        ).pack()

        main = tk.Frame(self.root, bg="#f8f9fc", padx=20, pady=14)
        main.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)

        # 入力テキスト
        in_frame = ttk.LabelFrame(main, text="入力テキスト", padding=8)
        in_frame.pack(fill=tk.BOTH, expand=True, pady=(0, 6))
        self.input_text = tk.Text(in_frame, height=6, font=("Noto Sans JP", 11),
                                   bg="white", relief=tk.FLAT)
        self.input_text.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)

        # シフト数
        ctrl = ttk.LabelFrame(main, text="設定", padding=8)
        ctrl.pack(fill=tk.X, pady=4)
        ttk.Label(ctrl, text="シフト数 (-25〜25):").grid(row=0, column=0, sticky="w")
        self.shift_var = tk.StringVar(value="3")
        ttk.Entry(ctrl, textvariable=self.shift_var, width=8
                  ).grid(row=0, column=1, padx=6)
        ttk.Label(ctrl, text="（A→D となる古典的シフトは 3）").grid(row=0, column=2, sticky="w")

        # ボタン
        btns = tk.Frame(main, bg="#f8f9fc")
        btns.pack(fill=tk.X, pady=4)
        ttk.Button(btns, text="暗号化", command=self.encrypt).pack(side=tk.LEFT, padx=2)
        ttk.Button(btns, text="復号", command=self.decrypt).pack(side=tk.LEFT, padx=2)
        ttk.Button(btns, text="入れ替え →", command=self.swap).pack(side=tk.LEFT, padx=8)
        ttk.Button(btns, text="クリア", command=self.clear).pack(side=tk.LEFT, padx=2)

        # 出力テキスト
        out_frame = ttk.LabelFrame(main, text="出力テキスト", padding=8)
        out_frame.pack(fill=tk.BOTH, expand=True, pady=(0, 0))
        self.output_text = tk.Text(out_frame, height=6, font=("Noto Sans JP", 11),
                                    bg="white", relief=tk.FLAT)
        self.output_text.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)

    def _get_shift(self):
        """シフト数を取得する"""
        try:
            shift = int(self.shift_var.get())
        except ValueError:
            raise ValueError("シフト数は整数で入力してください")
        return shift % 26

    @staticmethod
    def _shift_text(text: str, shift: int) -> str:
        """英大文字・小文字のみシフト。日本語等はそのまま。"""
        result = []
        for ch in text:
            code = ord(ch)
            if 65 <= code <= 90:  # A-Z
                result.append(chr((code - 65 + shift) % 26 + 65))
            elif 97 <= code <= 122:  # a-z
                result.append(chr((code - 97 + shift) % 26 + 97))
            else:
                result.append(ch)
        return "".join(result)

    def encrypt(self):
        """暗号化する"""
        text = self.input_text.get("1.0", tk.END).rstrip("\n")
        if not text:
            messagebox.showwarning("警告", "入力テキストが空です")
            return
        try:
            shift = self._get_shift()
        except ValueError as e:
            messagebox.showerror("エラー", str(e))
            return
        out = self._shift_text(text, shift)
        self._set_output(out)

    def decrypt(self):
        """復号する"""
        text = self.input_text.get("1.0", tk.END).rstrip("\n")
        if not text:
            messagebox.showwarning("警告", "入力テキストが空です")
            return
        try:
            shift = self._get_shift()
        except ValueError as e:
            messagebox.showerror("エラー", str(e))
            return
        out = self._shift_text(text, -shift)
        self._set_output(out)

    def swap(self):
        """入力と出力を入れ替える"""
        in_text = self.input_text.get("1.0", tk.END).rstrip("\n")
        out_text = self.output_text.get("1.0", tk.END).rstrip("\n")
        self.input_text.delete("1.0", tk.END)
        self.input_text.insert("1.0", out_text)
        self._set_output(in_text)

    def clear(self):
        """入力と出力をクリア"""
        self.input_text.delete("1.0", tk.END)
        self._set_output("")

    def _set_output(self, text: str):
        """出力欄に書き込む"""
        self.output_text.delete("1.0", tk.END)
        self.output_text.insert("1.0", text)


if __name__ == "__main__":
    root = tk.Tk()
    app = App071(root)
    root.mainloop()

5. コード解説

シーザー暗号のコードを、実際に書かれている実装に沿って解説します。

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
   ファイルを作成する

   新しいファイルを作成して app071.py と保存します。使うのは tkinter だけなので、追加インストールは不要です。

2. 2
   クラスの骨格を作る

   App071 クラスを定義し、__init__ と、末尾の root = tk.Tk() ～ mainloop() の最小構成を書いて、まず空のウィンドウが出ることを確認します。

3. 3
   ウィンドウを設定する

   title("シーザー暗号")・geometry("640x520")・configure(bg="#f8f9fc")・minsize(640, 520) をコンストラクタで設定します。

4. 4
   画面部品を並べる

   _build_ui() の中で、tk.Frame×3・tk.Label・ttk.LabelFrame×3・tk.Text×2・ttk.Label×2・ttk.Entry・ttk.Button×4 を作って配置します（掲載コードと同じ並び順で書くとレイアウトが一致します）。まず表示だけ確認しましょう。

5. 5
   イベントを接続する

   「2. 機能一覧」で挙げた各ボタンを command= で対応するメソッド（encrypt()・decrypt()・swap()・clear()）につなぎます。

6. 6
   中心になるメソッドを実装する

   アプリの本体である encrypt()（13行）・decrypt()（13行）・swap()（7行）・clear()（4行） を実装します。

7. 7
   動作確認する

   python app071.py で起動し、各ボタンが反応することを確認します。

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。

8. よくある問題と解決法

9. 練習問題

アプリの理解を深めるための練習問題です。気になるものから挑戦してみてください（課題3は定型の発展課題です）。シーザー暗号は仕組みを学ぶための古典的な暗号です。ずらし方は26通りしかなく総当たりで解けるため、本当に守りたい情報には使えません。

1. 課題1：シフト数の「-25〜25」を本当にチェックする

   入力欄には「シフト数 (-25〜25)」と書いてありますが、いまの _get_shift() は範囲を見ていません。26以上の数を入れても26で割った余りに丸められ、そのまま処理が進みます。案内どおりの範囲だけを受け付けるようにしましょう。

   期待結果：シフト数に 30 と入れて「暗号化」を押すと、いまは 4 ずらした結果が出る。チェックを足すと「シフト数は -25〜25 で入力してください」というエラーになり、出力欄は書き換わらない。

   合格条件

   • 30 や -30 を入れるとエラーが出て、出力欄が書き換わらない
   • 3 を入れると、いままでどおり A が D になる
   • 数字以外（abc）を入れたときのエラー表示は今までと同じ

   ヒント①（どこを触るか）: 触るのは _get_shift() の1か所です。int() に成功した直後、return shift % 26 の手前に判定を足します。encrypt() と decrypt() はどちらも except ValueError で受け止める形が同じなので、こちらは触りません。
   ヒント②（使うもの）: 判定は if not -25 <= shift <= 25: と書けます。エラーは raise ValueError("シフト数は -25〜25 で入力してください") の形で投げると、既存の messagebox.showerror("エラー", str(e)) がその文言をそのまま表示します。
   つまずきやすい点: return shift % 26 より後ろに判定を置くと、値が 0〜25 に丸まったあとなので範囲外を見つけられません。Python の % は負の数でも 0〜25 を返すため、-3 は 23 と同じ意味になります。範囲チェックを足しても、この丸め自体はそのままです。

2. 課題2：数字もいっしょにずらせるようにする

   ずらす対象はいま英大文字と英小文字だけで、数字は else に落ちてそのまま出てきます。0〜9 も同じようにずらせるようにしましょう。

   期待結果：シフト数3で abc123 を暗号化すると、いまは def123。足したあとは def456 になり、「入れ替え →」を押して「復号」すると abc123 に戻る。

   合格条件

   • シフト数3で abc123 が def456 になる
   • 同じシフト数のまま復号すると abc123 に戻る
   • 日本語や記号（あ や !）は今までどおりそのまま出る

   ヒント①（どこを触るか）: 触るのは _shift_text() の中の1か所です。いまは if 65 <= code <= 90:（A-Z）と elif 97 <= code <= 122:（a-z）の2本があるので、その後ろに数字用の elif を1本足します。encrypt() と decrypt() は _shift_text() を呼ぶだけなので触りません。
   ヒント②（使うもの）: 数字 0〜9 の文字コードは 48〜57 です。アルファベットが26文字なので % 26 を使っているのと同じ考え方で、数字は10種類なので % 10 を使います。追加する行は result.append(chr((code - 48 + shift) % 10 + 48)) の形になります。
   つまずきやすい点: % 26 のままコピーすると、数字が別の記号や英字に化けます。(57 - 48 + 3) % 26 + 48 は < になるためです。シフト数が10や20のときは数字だけ元のまま出ますが、これは10で割った余りが0になるからです。

3. 課題3：保存機能の追加

   処理結果をファイルに保存する機能を追加しましょう。