中級者向け No.29

単位変換（履歴付き）

長さ・重さ・温度・速度など多彩な単位変換ツール。変換履歴の保存と検索機能の実装を学びます。

🎯 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

長さ・重さ・温度・速度など多彩な単位変換ツール。変換履歴の保存と検索機能の実装を学びます。

このアプリは中級カテゴリに分類される実践的なGUIアプリです。使用ライブラリは tkinter（標準ライブラリ） で、難易度は ★★☆ です。

このアプリは「ユーティリティ」カテゴリです。小回りの効くユーティリティは Python の真骨頂で、汎用的なユーザー操作を組み合わせる発想が他のアプリにもそのまま流用できます。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。

コードを読む前に実行することをおすすめします。動いている挙動を先に把握しておくと、解説で出てくる関数や処理がどこに対応するかが頭に入りやすくなります。

応用のヒントは、機能を 1 つ増やす・見た目を整える・例外を一つでも丁寧に扱う、のいずれかから始めるのがおすすめです。

単位変換（履歴付き）実行画面（Linux Mint） — 実行画面（Linux Mint）

2. 機能一覧

「⇅ 入れ替え」ボタン（_swap()）・「📋 一括変換（全単位）」ボタン（_bulk_convert()）・「クリア」ボタン（_clear_history()）で操作
イベント <<ComboboxSelected>> から _on_category_change() を実行
キー <Return> から _convert() を実行
キー <KeyRelease> から _convert() を実行
イベント <<ComboboxSelected>> から _convert() を実行
イベント <<ComboboxSelected>> から _convert() を実行
マウス操作 <Double-1> から _restore_history() を実行
ttk.Treeview による表形式の一覧表示
JSON ファイルの保存・読み込み（起動時に自動実行）
messagebox.askyesno() によるダイアログ通知
ウィンドウはタイトル「単位変換（履歴付き）」・サイズ 860x621 で起動

3. 事前準備・環境

ℹ️

動作確認環境

Python 3.10 以上 / 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（macOS は未検証）

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

💡

コードのコピー方法

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✅ 追加インストール不要（標準ライブラリのみ使用）

app29.py

import tkinter as tk
from tkinter import ttk, messagebox
import json
import os
from datetime import datetime


class App29:
    """単位変換（履歴付き）"""

    CATEGORIES = {
        "長さ": {
            "メートル (m)":      1.0,
            "キロメートル (km)": 1000.0,
            "センチメートル (cm)": 0.01,
            "ミリメートル (mm)": 0.001,
            "マイル (mi)":       1609.344,
            "ヤード (yd)":       0.9144,
            "フィート (ft)":     0.3048,
            "インチ (in)":       0.0254,
            "海里 (nmi)":        1852.0,
        },
        "重さ": {
            "キログラム (kg)":   1.0,
            "グラム (g)":        0.001,
            "ミリグラム (mg)":   1e-6,
            "トン (t)":          1000.0,
            "ポンド (lb)":       0.45359237,
            "オンス (oz)":       0.028349523,
            "貫 (kan)":          3.75,
            "匁 (monme)":        0.00375,
        },
        "温度": {
            "摂氏 (°C)": "celsius",
            "華氏 (°F)": "fahrenheit",
            "ケルビン (K)": "kelvin",
        },
        "速度": {
            "m/s":    1.0,
            "km/h":   1/3.6,
            "mph":    0.44704,
            "ノット": 0.514444,
            "マッハ": 340.29,
        },
        "面積": {
            "平方メートル (m²)":     1.0,
            "平方キロメートル (km²)": 1e6,
            "平方センチメートル (cm²)": 1e-4,
            "ヘクタール (ha)":       1e4,
            "アール (a)":           100.0,
            "平方フィート (ft²)":    0.09290304,
            "平方マイル (mi²)":      2589988.11,
            "坪":                   3.305785,
        },
        "体積": {
            "リットル (L)":      1.0,
            "ミリリットル (mL)": 0.001,
            "立方メートル (m³)": 1000.0,
            "ガロン (US gal)":   3.785411784,
            "液量オンス (fl oz)": 0.0295735296,
            "カップ (cup)":      0.2365882365,
            "大さじ (tbsp)":     0.01478676478,
            "小さじ (tsp)":      0.00492892159,
        },
        "データ": {
            "バイト (B)":     1.0,
            "キロバイト (KB)": 1024.0,
            "メガバイト (MB)": 1024**2,
            "ギガバイト (GB)": 1024**3,
            "テラバイト (TB)": 1024**4,
            "ビット (bit)":   0.125,
            "キロビット (Kbit)": 125.0,
            "メガビット (Mbit)": 125000.0,
        },
        "圧力": {
            "パスカル (Pa)":   1.0,
            "キロパスカル (kPa)": 1000.0,
            "気圧 (atm)":     101325.0,
            "バール (bar)":   100000.0,
            "mmHg":           133.322,
            "psi":            6894.757,
        },
        "エネルギー": {
            "ジュール (J)":        1.0,
            "キロジュール (kJ)":   1000.0,
            "カロリー (cal)":      4.184,
            "キロカロリー (kcal)": 4184.0,
            "ワット時 (Wh)":       3600.0,
            "キロワット時 (kWh)":  3600000.0,
            "電子ボルト (eV)":     1.60218e-19,
        },
    }

    HISTORY_FILE = os.path.join(os.path.dirname(__file__), "unit_history.json")

    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.root.title("単位変換（履歴付き）")
        self.root.geometry("860x621")
        self.root.minsize(860, 621)
        self.root.configure(bg="#f8f9fc")
        self._history = self._load_history()
        self._build_ui()

    def _load_history(self):
        if os.path.exists(self.HISTORY_FILE):
            try:
                with open(self.HISTORY_FILE, encoding="utf-8") as f:
                    return json.load(f)
            except Exception:
                pass
        return []

    def _save_history(self):
        try:
            with open(self.HISTORY_FILE, "w", encoding="utf-8") as f:
                json.dump(self._history[-200:], f, ensure_ascii=False, indent=2)
        except Exception:
            pass

    def _build_ui(self):
        # ヘッダー
        header = tk.Frame(self.root, bg="#0288d1", pady=10)
        header.pack(fill=tk.X)
        tk.Label(header, text="🔄 単位変換ツール（履歴付き）",
                 font=("Noto Sans JP", 14, "bold"),
                 bg="#0288d1", fg="white").pack(side=tk.LEFT, padx=12)

        # メインエリア
        paned = ttk.PanedWindow(self.root, orient=tk.HORIZONTAL)
        paned.pack(fill=tk.BOTH, expand=True, padx=6, pady=6)

        # 左: 変換パネル
        left = tk.Frame(paned, bg="#f8f9fc")
        paned.add(left, weight=3)

        # カテゴリ選択
        cat_f = tk.Frame(left, bg="#f8f9fc")
        cat_f.pack(fill=tk.X, padx=8, pady=6)
        tk.Label(cat_f, text="カテゴリ:", bg="#f8f9fc",
                 font=("Arial", 10, "bold")).pack(side=tk.LEFT)
        self.cat_var = tk.StringVar(value=list(self.CATEGORIES.keys())[0])
        cat_cb = ttk.Combobox(cat_f, textvariable=self.cat_var,
                               values=list(self.CATEGORIES.keys()),
                               state="readonly", width=16)
        cat_cb.pack(side=tk.LEFT, padx=6)
        cat_cb.bind("<<ComboboxSelected>>", self._on_category_change)

        # 変換フォーム
        conv_f = ttk.LabelFrame(left, text="変換", padding=12)
        conv_f.pack(fill=tk.X, padx=8, pady=4)

        # 入力行
        row1 = tk.Frame(conv_f, bg=ttk.Style().lookup("TLabelframe", "background"))
        row1.pack(fill=tk.X, pady=4)
        tk.Label(row1, text="入力値:", bg=row1.cget("bg"), width=8,
                 anchor="e").pack(side=tk.LEFT)
        self.input_var = tk.StringVar(value="1")
        self.input_entry = ttk.Entry(row1, textvariable=self.input_var,
                                      font=("Arial", 14), width=16)
        self.input_entry.pack(side=tk.LEFT, padx=6)
        self.input_entry.bind("<Return>", lambda e: self._convert())
        self.input_entry.bind("<KeyRelease>", lambda e: self._convert())

        # 単位選択（from）
        row2 = tk.Frame(conv_f, bg=ttk.Style().lookup("TLabelframe", "background"))
        row2.pack(fill=tk.X, pady=4)
        tk.Label(row2, text="変換元:", bg=row2.cget("bg"), width=8,
                 anchor="e").pack(side=tk.LEFT)
        self.from_var = tk.StringVar()
        self.from_cb = ttk.Combobox(row2, textvariable=self.from_var,
                                     state="readonly", width=26)
        self.from_cb.pack(side=tk.LEFT, padx=6)
        self.from_cb.bind("<<ComboboxSelected>>", lambda e: self._convert())

        # 矢印
        tk.Label(conv_f, text="↓", bg=ttk.Style().lookup("TLabelframe", "background"),
                 font=("Arial", 18)).pack(pady=2)

        # 単位選択（to）
        row3 = tk.Frame(conv_f, bg=ttk.Style().lookup("TLabelframe", "background"))
        row3.pack(fill=tk.X, pady=4)
        tk.Label(row3, text="変換先:", bg=row3.cget("bg"), width=8,
                 anchor="e").pack(side=tk.LEFT)
        self.to_var = tk.StringVar()
        self.to_cb = ttk.Combobox(row3, textvariable=self.to_var,
                                   state="readonly", width=26)
        self.to_cb.pack(side=tk.LEFT, padx=6)
        self.to_cb.bind("<<ComboboxSelected>>", lambda e: self._convert())

        # 入れ替えボタン
        swap_btn = ttk.Button(conv_f, text="⇅ 入れ替え", command=self._swap)
        swap_btn.pack(pady=4)

        # 結果
        result_f = tk.Frame(conv_f, bg="#e3f2fd", relief=tk.FLAT, bd=1)
        result_f.pack(fill=tk.X, pady=8, ipady=8, ipadx=8)
        self.result_var = tk.StringVar(value="—")
        tk.Label(result_f, textvariable=self.result_var,
                 bg="#e3f2fd", fg="#0277bd",
                 font=("Arial", 20, "bold")).pack()

        # 一括変換ボタン
        ttk.Button(left, text="📋 一括変換（全単位）",
                   command=self._bulk_convert).pack(padx=8, pady=4, anchor="w")

        # 一括変換テキスト
        self.bulk_text = tk.Text(left, height=10, bg="#fafafa",
                                  font=("Courier New", 10), state=tk.DISABLED,
                                  relief=tk.FLAT, bd=1)
        self.bulk_text.pack(fill=tk.BOTH, expand=True, padx=8, pady=4)

        # 右: 履歴パネル
        right = ttk.LabelFrame(paned, text="変換履歴", padding=4)
        paned.add(right, weight=2)

        # 検索
        search_f = tk.Frame(right, bg=ttk.Style().lookup("TLabelframe", "background"))
        search_f.pack(fill=tk.X, pady=4)
        tk.Label(search_f, text="🔍").pack(side=tk.LEFT)
        self.search_var = tk.StringVar()
        self.search_var.trace_add("write", lambda *a: self._filter_history())
        ttk.Entry(search_f, textvariable=self.search_var,
                  width=20).pack(side=tk.LEFT, padx=4, fill=tk.X, expand=True)
        ttk.Button(search_f, text="クリア",
                   command=self._clear_history).pack(side=tk.RIGHT, padx=4)

        # 履歴リスト
        hist_cols = ("time", "expr", "result")
        self.hist_tree = ttk.Treeview(right, columns=hist_cols,
                                       show="headings", height=18)
        for c, h, w in [("time", "時刻", 68), ("expr", "変換式", 180),
                         ("result", "結果", 120)]:
            self.hist_tree.heading(c, text=h)
            self.hist_tree.column(c, width=w, minwidth=40)
        sb = ttk.Scrollbar(right, command=self.hist_tree.yview)
        self.hist_tree.configure(yscrollcommand=sb.set)
        sb.pack(side=tk.RIGHT, fill=tk.Y)
        self.hist_tree.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)
        self.hist_tree.bind("<Double-1>", self._restore_history)

        self.status_var = tk.StringVar(value="単位を選択して変換してください")
        tk.Label(self.root, textvariable=self.status_var,
                 bg="#dde", font=("Arial", 9), anchor="w", padx=8
                 ).pack(fill=tk.X, side=tk.BOTTOM)

        # 初期化
        self._on_category_change(None)
        self._refresh_history()

    def _on_category_change(self, event):
        cat = self.cat_var.get()
        units = list(self.CATEGORIES[cat].keys())
        self.from_cb.configure(values=units)
        self.to_cb.configure(values=units)
        self.from_var.set(units[0])
        self.to_var.set(units[1] if len(units) > 1 else units[0])
        self._convert()

    def _convert(self):
        cat = self.cat_var.get()
        from_unit = self.from_var.get()
        to_unit = self.to_var.get()
        if not from_unit or not to_unit:
            return
        try:
            value = float(self.input_var.get())
        except ValueError:
            self.result_var.set("—")
            return

        result = self._do_convert(cat, value, from_unit, to_unit)
        if result is None:
            self.result_var.set("変換不可")
            return

        # 表示フォーマット
        if abs(result) >= 1e10 or (abs(result) < 1e-4 and result != 0):
            result_str = f"{result:.6e}"
        elif result == int(result) and abs(result) < 1e9:
            result_str = f"{int(result):,}"
        else:
            result_str = f"{result:,.8g}"

        self.result_var.set(f"{result_str} {to_unit}")
        self.status_var.set(
            f"{value} {from_unit} = {result_str} {to_unit}")

    def _do_convert(self, cat, value, from_unit, to_unit):
        units = self.CATEGORIES.get(cat, {})
        if from_unit not in units or to_unit not in units:
            return None

        if cat == "温度":
            return self._convert_temperature(value, from_unit, to_unit)

        from_factor = units[from_unit]
        to_factor = units[to_unit]
        base = value * from_factor
        return base / to_factor

    def _convert_temperature(self, value, from_unit, to_unit):
        # まず摂氏に変換
        fv = self.CATEGORIES["温度"][from_unit]
        tv = self.CATEGORIES["温度"][to_unit]
        if fv == "celsius":
            celsius = value
        elif fv == "fahrenheit":
            celsius = (value - 32) * 5 / 9
        elif fv == "kelvin":
            celsius = value - 273.15
        else:
            return None
        # 摂氏から変換先へ
        if tv == "celsius":
            return celsius
        elif tv == "fahrenheit":
            return celsius * 9 / 5 + 32
        elif tv == "kelvin":
            return celsius + 273.15
        return None

    def _swap(self):
        f = self.from_var.get()
        t = self.to_var.get()
        self.from_var.set(t)
        self.to_var.set(f)
        self._convert()

    def _bulk_convert(self):
        cat = self.cat_var.get()
        from_unit = self.from_var.get()
        try:
            value = float(self.input_var.get())
        except ValueError:
            return
        units = list(self.CATEGORIES[cat].keys())
        lines = [f"{'=' * 48}",
                 f"  {value} {from_unit} の一括変換",
                 f"{'=' * 48}"]
        for unit in units:
            if unit == from_unit:
                continue
            result = self._do_convert(cat, value, from_unit, unit)
            if result is not None:
                if abs(result) >= 1e10 or (abs(result) < 1e-4 and result != 0):
                    rs = f"{result:.6e}"
                else:
                    rs = f"{result:,.8g}"
                lines.append(f"  {unit:<30} {rs}")
        lines.append(f"{'=' * 48}")
        self.bulk_text.config(state=tk.NORMAL)
        self.bulk_text.delete("1.0", tk.END)
        self.bulk_text.insert("1.0", "\n".join(lines))
        self.bulk_text.config(state=tk.DISABLED)

        # 履歴に記録
        self._add_history(cat, value, from_unit,
                          self.result_var.get(), self.to_var.get())

    def _add_history(self, cat, value, from_unit, result_str, to_unit):
        entry = {
            "time": datetime.now().strftime("%H:%M:%S"),
            "cat": cat,
            "value": value,
            "from": from_unit,
            "to": to_unit,
            "result": result_str,
        }
        self._history.insert(0, entry)
        self._save_history()
        self._refresh_history()

    def _refresh_history(self):
        query = self.search_var.get().strip().lower() if hasattr(self, "search_var") else ""
        self.hist_tree.delete(*self.hist_tree.get_children())
        for entry in self._history[:100]:
            expr = f"{entry.get('value','')} {entry.get('from','')} → {entry.get('to','')}"
            result = entry.get("result", "")
            time_str = entry.get("time", "")
            if query and query not in expr.lower() and query not in result.lower():
                continue
            self.hist_tree.insert("", "end",
                                  values=(time_str, expr, result))

    def _filter_history(self):
        self._refresh_history()

    def _clear_history(self):
        if messagebox.askyesno("確認", "履歴をすべて削除しますか?"):
            self._history.clear()
            self._save_history()
            self._refresh_history()

    def _restore_history(self, event):
        sel = self.hist_tree.selection()
        if not sel:
            return
        idx = self.hist_tree.index(sel[0])
        entries = [e for e in self._history[:100]
                   if not self.search_var.get() or
                   self.search_var.get().lower() in
                   f"{e.get('value','')} {e.get('from','')} {e.get('to','')}".lower()]
        if idx < len(entries):
            entry = entries[idx]
            # カテゴリ→単位を復元
            cat = entry.get("cat", "")
            if cat in self.CATEGORIES:
                self.cat_var.set(cat)
                self._on_category_change(None)
                self.input_var.set(str(entry.get("value", "")))
                if entry.get("from") in self.CATEGORIES[cat]:
                    self.from_var.set(entry["from"])
                if entry.get("to") in self.CATEGORIES[cat]:
                    self.to_var.set(entry["to"])
                self._convert()


if __name__ == "__main__":
    root = tk.Tk()
    app = App29(root)
    root.mainloop()

5. コード解説

単位変換（履歴付き）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。

クラス設計とコンストラクタ

App29 クラスにアプリの全機能をまとめています（メソッド15個・全422行）。__init__ ではタイトル「単位変換（履歴付き）」とウィンドウサイズ 860x621 を設定します。最後に _build_ui() で画面を組み立てます。