Python 基本構文リファレンス

1. 変数とデータ型

Pythonは動的型付け言語です。変数の型を宣言する必要はなく、代入した値によって型が自動的に決まります。

# 変数の代入
name = "Alice"          # str（文字列）
age = 25                # int（整数）
height = 165.5          # float（浮動小数点数）
is_student = True       # bool（真偽値）
nothing = None          # NoneType（空値）

# 型の確認
print(type(name))       # <class 'str'>
print(type(age))        # <class 'int'>
print(type(height))     # <class 'float'>
print(type(is_student)) # <class 'bool'>

# 型変換（キャスト）
num_str = "42"
num_int = int(num_str)      # "42" → 42
num_float = float(num_str)  # "42" → 42.0
back_to_str = str(num_int)  # 42 → "42"

# 複数の変数を同時に代入
x, y, z = 1, 2, 3
a = b = c = 0   # 全て同じ値

型アノテーション（Python 3.5+）

変数や関数の型をコメントとして記述できます（強制ではありませんが、コードの可読性が上がります）。

name: str = "Alice"
age: int = 25
scores: list[int] = [90, 85, 92]
info: dict[str, str] = {"city": "Tokyo", "country": "Japan"}

2. 演算子

算術演算子

a, b = 10, 3

print(a + b)    # 13  加算
print(a - b)    # 7   減算
print(a * b)    # 30  乗算
print(a / b)    # 3.333... 除算（常にfloat）
print(a // b)   # 3   整数除算（切り捨て）
print(a % b)    # 1   剰余（余り）
print(a ** b)   # 1000 べき乗

比較演算子

x = 5
print(x == 5)   # True   等しい
print(x != 3)   # True   等しくない
print(x > 3)    # True   より大きい
print(x < 10)   # True   より小さい
print(x >= 5)   # True   以上
print(x <= 5)   # True   以下

論理演算子・代入演算子

# 論理演算子
print(True and False)  # False
print(True or False)   # True
print(not True)        # False

# 代入演算子（複合代入）
n = 10
n += 5   # n = n + 5  → 15
n -= 3   # n = n - 3  → 12
n *= 2   # n = n * 2  → 24
n //= 5  # n = n // 5 → 4
n **= 3  # n = n ** 3 → 64

# ウォルラス演算子（:= Python 3.8+）
# 代入と同時に使用する
import re
if m := re.search(r"\d+", "abc123"):
    print(m.group())  # "123"

3. 文字列操作

s = "Hello, Python!"

# 基本操作
print(len(s))           # 14  文字数
print(s.upper())        # HELLO, PYTHON!
print(s.lower())        # hello, python!
print(s.replace("Python", "World"))  # Hello, World!
print(s.split(", "))    # ['Hello', 'Python!']
print(s.strip())        # 前後の空白を削除
print(s.startswith("Hello"))  # True
print(s.endswith("!"))        # True
print("Python" in s)          # True

# スライス
print(s[0])     # H
print(s[-1])    # !
print(s[0:5])   # Hello
print(s[7:])    # Python!
print(s[::-1])  # !nohtyP ,olleH（逆順）

# 文字列フォーマット（f-string が最も推奨）
name = "Alice"
age = 25
print(f"名前: {name}, 年齢: {age}歳")
print(f"{3.14159:.2f}")        # 小数点2桁 → 3.14
print(f"{1000000:,}")          # カンマ区切り → 1,000,000
print(f"{'left':<10}|")        # 左寄せ10文字
print(f"{'right':>10}|")       # 右寄せ10文字
print(f"{'center':^10}|")      # 中央揃え10文字

# 複数行文字列
multiline = """
これは
複数行の
文字列です。
"""

# 文字列の結合
words = ["Python", "は", "楽しい"]
print("".join(words))        # Python は楽しい
print(" ".join(words))       # Python は 楽しい

4. 条件分岐（if / elif / else）

# 基本のif文
score = 85

if score >= 90:
    print("優秀")
elif score >= 70:
    print("合格")
elif score >= 60:
    print("ぎりぎり合格")
else:
    print("不合格")
# 出力: 合格

# 三項演算子（条件式）
result = "合格" if score >= 60 else "不合格"
print(result)  # 合格

# 複合条件
age = 20
has_id = True
if age >= 18 and has_id:
    print("入場できます")

# in演算子
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
if "apple" in fruits:
    print("りんごがあります")

# match文（Python 3.10+）
command = "quit"
match command:
    case "quit":
        print("終了します")
    case "help":
        print("ヘルプを表示します")
    case _:
        print(f"不明なコマンド: {command}")

# 真偽値の評価（falsy な値）
# False, 0, 0.0, "", [], {}, (), None → すべて False として扱われる
empty_list = []
if not empty_list:
    print("リストが空です")

5. ループ（for / while）

# forループ - rangeを使った繰り返し
for i in range(5):
    print(i)       # 0, 1, 2, 3, 4

for i in range(1, 6):
    print(i)       # 1, 2, 3, 4, 5

for i in range(0, 10, 2):
    print(i)       # 0, 2, 4, 6, 8

# リストのループ
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)

# enumerate - インデックス付きループ
for i, fruit in enumerate(fruits):
    print(f"{i}: {fruit}")
# 0: apple / 1: banana / 2: cherry

# zip - 複数のリストを同時にループ
names = ["Alice", "Bob", "Carol"]
scores = [85, 90, 78]
for name, score in zip(names, scores):
    print(f"{name}: {score}点")

# whileループ
count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1

# break と continue
for i in range(10):
    if i == 3:
        continue    # 3をスキップ
    if i == 7:
        break       # 7で終了
    print(i)        # 0, 1, 2, 4, 5, 6

# for-else（breakされなかった場合に実行）
for i in range(5):
    if i == 10:
        break
else:
    print("10は見つかりませんでした")

6. リスト（list）

リストは順序があり、変更可能な要素のコレクションです。

# リストの作成
nums = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6]
mixed = [1, "hello", True, 3.14, None]

# 基本操作
nums.append(7)          # 末尾に追加
nums.insert(0, 0)       # 位置0に挿入
nums.remove(1)          # 最初の1を削除
popped = nums.pop()     # 末尾を取り出して削除
popped_i = nums.pop(2)  # インデックス2を取り出して削除
nums.extend([10, 11])   # 別のリストを結合

# 検索
print(5 in nums)         # True
print(nums.index(9))     # 9の位置
print(nums.count(1))     # 1の個数

# ソート
nums.sort()              # 昇順（元のリストを変更）
nums.sort(reverse=True)  # 降順
sorted_nums = sorted(nums)  # 新しいリストを返す

# スライス
a = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
print(a[1:4])    # [1, 2, 3]
print(a[::2])    # [0, 2, 4]  偶数インデックス
print(a[::-1])   # [5, 4, 3, 2, 1, 0]  逆順

# コピー（注意：= はコピーでなく参照）
b = a.copy()     # 正しいコピー方法
c = a[:]         # スライスでのコピー
import copy
d = copy.deepcopy(a)  # ネストしたリストのコピー

# 2Dリスト（行列）
matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
print(matrix[1][2])   # 6（2行3列）

7. タプル（tuple）

タプルは順序があり、変更不可（イミュータブル）なコレクションです。座標やRGBカラーなど「変わらない組み合わせ」に使います。

# タプルの作成
point = (3, 4)
rgb = (255, 128, 0)
single = (42,)    # 要素1つのタプルはカンマが必要

# アンパック（分解代入）
x, y = point
print(x, y)    # 3 4

r, g, b = rgb
print(r, g, b) # 255 128 0

# アスタリスクでの分解
first, *rest = [1, 2, 3, 4, 5]
print(first)  # 1
print(rest)   # [2, 3, 4, 5]

# namedtuple - 名前付きタプル
from collections import namedtuple
Point = namedtuple('Point', ['x', 'y'])
p = Point(x=3, y=4)
print(p.x, p.y)   # 3 4
print(p[0], p[1]) # 3 4  インデックスでも可

8. 辞書（dict）

辞書はキーと値のペアを管理するコレクションです。高速なキー検索が特徴です。

# 辞書の作成
person = {"name": "Alice", "age": 25, "city": "Tokyo"}
empty = {}
from_keys = dict.fromkeys(["a", "b", "c"], 0)  # {"a": 0, "b": 0, "c": 0}

# アクセスと更新
print(person["name"])            # Alice
print(person.get("email", "N/A")) # 存在しないキーはデフォルト値

person["email"] = "alice@example.com"  # 追加
person["age"] = 26                      # 更新
del person["city"]                      # 削除

# キー・値・ペアの取得
print(person.keys())    # dict_keys(['name', 'age', 'email'])
print(person.values())  # dict_values(['Alice', 26, 'alice@example.com'])
print(person.items())   # dict_items([...])

# ループ
for key, value in person.items():
    print(f"{key}: {value}")

# 辞書の結合（Python 3.9+）
d1 = {"a": 1, "b": 2}
d2 = {"b": 3, "c": 4}
merged = d1 | d2   # {"a": 1, "b": 3, "c": 4}（d2が優先）

# defaultdict
from collections import defaultdict
word_count = defaultdict(int)
for word in "hello world hello python".split():
    word_count[word] += 1
print(dict(word_count))  # {'hello': 2, 'world': 1, 'python': 1}

9. 集合（set）

集合は重複なし・順序なしのコレクションです。和集合・積集合・差集合などの集合演算が使えます。

a = {1, 2, 3, 4, 5}
b = {3, 4, 5, 6, 7}

# 集合演算
print(a | b)   # {1,2,3,4,5,6,7}  和集合
print(a & b)   # {3,4,5}           積集合（共通要素）
print(a - b)   # {1,2}             差集合（aにありbにない）
print(a ^ b)   # {1,2,6,7}         対称差（どちらか一方だけ）

# 重複の削除によく使う
nums = [1, 2, 2, 3, 3, 3, 4]
unique = list(set(nums))  # [1, 2, 3, 4]（順序は保証されない）

# 追加・削除
a.add(6)
a.remove(1)      # 存在しない場合はエラー
a.discard(100)   # 存在しなくてもエラーにならない

10. 内包表記

内包表記はリスト・辞書・集合を簡潔に作成するPythonらしい記法です。forループを1行で書けます。

# リスト内包表記
squares = [x**2 for x in range(10)]
# [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

# 条件付きリスト内包表記
evens = [x for x in range(20) if x % 2 == 0]
# [0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18]

# 文字列のリスト内包表記
words = ["hello", "world", "python"]
upper = [w.upper() for w in words]
# ['HELLO', 'WORLD', 'PYTHON']

# 辞書内包表記
square_dict = {x: x**2 for x in range(5)}
# {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16}

# 集合内包表記
unique_lengths = {len(w) for w in words}
# {5, 6}

# ジェネレーター式（メモリ効率が良い）
gen = (x**2 for x in range(1000000))
print(next(gen))  # 0
print(sum(gen))   # 残りの合計（メモリを使わずに計算）

# ネストした内包表記
matrix = [[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]
flat = [num for row in matrix for num in row]
# [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

11. 例外処理（try / except）

例外処理を使うと、エラーが発生してもプログラムをクラッシュさせずに対処できます。

# 基本の try-except
try:
    num = int(input("数字を入力: "))
    result = 10 / num
    print(f"結果: {result}")
except ValueError:
    print("数字を入力してください")
except ZeroDivisionError:
    print("0で割ることはできません")
except Exception as e:
    print(f"予期しないエラー: {e}")
else:
    # 例外が発生しなかった場合に実行
    print("計算成功！")
finally:
    # 例外の有無に関わらず必ず実行
    print("処理終了")

# 例外を発生させる
def validate_age(age):
    if not isinstance(age, int):
        raise TypeError("年齢は整数で入力してください")
    if age < 0 or age > 150:
        raise ValueError(f"年齢の範囲が不正です: {age}")
    return age

# カスタム例外クラス
class AppError(Exception):
    def __init__(self, message, code=None):
        super().__init__(message)
        self.code = code

try:
    raise AppError("アプリエラーが発生しました", code=404)
except AppError as e:
    print(f"エラー {e.code}: {e}")

# よく発生する例外の種類
# ValueError      - 不正な値（int("abc")など）
# TypeError       - 型の不一致（"a" + 1 など）
# KeyError        - 辞書に存在しないキー
# IndexError      - リストの範囲外アクセス
# FileNotFoundError - ファイルが見つからない
# ZeroDivisionError - 0除算
# AttributeError  - 存在しない属性へのアクセス

12. ファイル操作

# ファイルの書き込み（with文を使うのが推奨）
with open("data.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write("Hello, Python!\n")
    f.write("ファイル操作の例\n")

# ファイルの読み込み
with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    content = f.read()      # 全内容を文字列で
    print(content)

# 行ごとに読み込む
with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
    for line in f:
        print(line.strip())

# 追記モード
with open("data.txt", "a", encoding="utf-8") as f:
    f.write("追加行\n")

# JSONファイルの読み書き
import json

data = {"name": "Alice", "scores": [90, 85, 92]}
with open("data.json", "w", encoding="utf-8") as f:
    json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=2)

with open("data.json", "r", encoding="utf-8") as f:
    loaded = json.load(f)
print(loaded["name"])  # Alice

# pathlib を使ったパス操作（Python 3.4+）
from pathlib import Path

p = Path("data.txt")
print(p.exists())       # ファイルが存在するか
print(p.stem)           # "data"（拡張子なし）
print(p.suffix)         # ".txt"（拡張子）
print(p.parent)         # 親ディレクトリ

# ディレクトリのファイル一覧
folder = Path(".")
for f in folder.glob("*.py"):
    print(f)