初心者向け No.076

科学電卓

四則演算にsin・cos・tan・log・√を加えた科学電卓。ボタンレイアウトとmathモジュールを学べる。

🎯 難易度: ★★☆ 📦 ライブラリ: tkinter（標準ライブラリ） ⏱️ 制作時間: 30〜90分

📋 目次

1. アプリ概要
2. 機能一覧
3. 事前準備・環境
4. 完全なソースコード
5. コード解説
6. ステップバイステップガイド
7. カスタマイズアイデア
8. よくある問題と解決法
9. 練習問題

1. アプリ概要

四則演算にsin・cos・tan・log・√を加えた科学電卓。ボタンレイアウトとmathモジュールを学べる。

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。

動かしながら読むことが理解の最短経路です。まずはコードをコピーして実行し、想定どおりに動くことを確認したうえで解説と照らし合わせてください。

カスタマイズでは「機能追加」「UI 改善」「エラー耐性」の三方向で考えると視野が広がります。練習問題にもそれぞれの方向の具体例を用意しています。

2. 機能一覧

科学電卓のメイン機能
直感的なGUIインターフェース
入力値のバリデーション
エラーハンドリング
結果の見やすい表示
クリア機能付き

3. 事前準備・環境

ℹ️

動作確認環境

Python 3.10 以上 / Windows・Mac・Linux すべて対応

以下の環境で動作確認しています。

Python 3.10 以上
OS: Windows 10/11・macOS 12+・Ubuntu 20.04+

4. 完全なソースコード

💡

コードのコピー方法

右上の「コピー」ボタンをクリックするとコードをクリップボードにコピーできます。

✅ 追加インストール不要（標準ライブラリのみ使用）

app076.py

import tkinter as tk
from tkinter import ttk, messagebox
import math


class App076:
    """科学電卓"""

    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.root.title("科学電卓")
        self.root.geometry("440x520")
        self.root.configure(bg="#f8f9fc")
        self.expr = ""
        self.angle_mode = "DEG"  # DEG / RAD
        self._build_ui()

    def _build_ui(self):
        """UIを構築する"""
        title_frame = tk.Frame(self.root, bg="#3776ab", pady=10)
        title_frame.pack(fill=tk.X)
        tk.Label(
            title_frame, text="科学電卓",
            font=("Noto Sans JP", 14, "bold"),
            bg="#3776ab", fg="white"
        ).pack()

        # ディスプレイ
        self.display_var = tk.StringVar(value="0")
        disp = tk.Entry(
            self.root, textvariable=self.display_var, font=("Arial", 18),
            justify="right", bd=4, relief=tk.SUNKEN, state="readonly", readonlybackground="white"
        )
        disp.pack(fill=tk.X, padx=10, pady=8)

        # 角度モード切替
        mode_frame = tk.Frame(self.root, bg="#f8f9fc")
        mode_frame.pack(anchor="w", padx=12)
        self.mode_var = tk.StringVar(value="DEG")
        ttk.Radiobutton(mode_frame, text="DEG", variable=self.mode_var, value="DEG", command=self._set_mode).pack(side=tk.LEFT)
        ttk.Radiobutton(mode_frame, text="RAD", variable=self.mode_var, value="RAD", command=self._set_mode).pack(side=tk.LEFT)

        # ボタンレイアウト
        btn_frame = tk.Frame(self.root, bg="#f8f9fc")
        btn_frame.pack(fill=tk.BOTH, expand=True, padx=10, pady=8)

        layout = [
            ["sin", "cos", "tan", "log", "ln"],
            ["√", "x²", "(", ")", "π"],
            ["7", "8", "9", "/", "C"],
            ["4", "5", "6", "*", "←"],
            ["1", "2", "3", "-", "^"],
            ["0", ".", "=", "+", "e"],
        ]
        for r, row in enumerate(layout):
            for c, label in enumerate(row):
                btn = ttk.Button(btn_frame, text=label, command=lambda l=label: self.on_button(l))
                btn.grid(row=r, column=c, sticky="nsew", padx=2, pady=2)
            btn_frame.rowconfigure(r, weight=1)
        for c in range(5):
            btn_frame.columnconfigure(c, weight=1)

    def _set_mode(self):
        """角度モードを更新"""
        self.angle_mode = self.mode_var.get()

    def on_button(self, label):
        """ボタンに応じた処理"""
        if label == "C":
            self.expr = ""
        elif label == "←":
            self.expr = self.expr[:-1]
        elif label == "=":
            self._calculate()
            return
        elif label == "x²":
            self.expr += "**2"
        elif label == "√":
            self.expr += "sqrt("
        elif label == "^":
            self.expr += "**"
        elif label == "π":
            self.expr += "pi"
        elif label == "e":
            self.expr += "e"
        elif label == "ln":
            self.expr += "ln("
        elif label in ("sin", "cos", "tan", "log"):
            self.expr += f"{label}("
        else:
            self.expr += label
        self.display_var.set(self.expr or "0")

    def _calculate(self):
        """式を評価して結果を表示"""
        expr = self.expr
        if not expr:
            return
        try:
            result = self._safe_eval(expr)
            if isinstance(result, float) and result.is_integer():
                result = int(result)
            self.display_var.set(str(result))
            self.expr = str(result)
        except Exception as e:
            messagebox.showerror("エラー", f"計算できません: {e}")
            self.expr = ""
            self.display_var.set("0")

    def _safe_eval(self, expr):
        """限定スコープで式を評価する"""
        # 角度モードに応じた三角関数
        if self.angle_mode == "DEG":
            f_sin = lambda x: math.sin(math.radians(x))
            f_cos = lambda x: math.cos(math.radians(x))
            f_tan = lambda x: math.tan(math.radians(x))
        else:
            f_sin, f_cos, f_tan = math.sin, math.cos, math.tan

        names = {
            "__builtins__": {},
            "sin": f_sin, "cos": f_cos, "tan": f_tan,
            "log": math.log10, "ln": math.log,
            "sqrt": math.sqrt,
            "pi": math.pi, "e": math.e,
            "abs": abs, "pow": pow,
        }
        return eval(expr, names, {})


if __name__ == "__main__":
    root = tk.Tk()
    app = App076(root)
    root.mainloop()

5. コード解説

科学電卓のコードを詳しく解説します。クラスベースの設計で各機能を整理して実装しています。

クラス設計とコンストラクタ

App076クラスにアプリの全機能をまとめています。__init__でウィンドウ設定、_build_ui()でUI構築、process()でメイン処理を担当します。責任の分離により、コードが読みやすくなります。