【Python講座 第5回】関数とモジュール完全攻略。初心者がVPSで学ぶ「コードの部品化」と再利用の技術

「コピペ」はエンジニアの敗北宣言だと思え。

こんにちは！「LINUX工房」管理人の「リナックス先生」です。
前回（第4回）は、繰り返し処理（ループ）を使って、大量のデータを一瞬で処理する方法を学びました。
これで、あなたのプログラムは強力なパワーを手に入れました。

しかし、学習が進むにつれてコードが長くなり、こんな悩みが出てきていませんか？

• 「同じような処理を何度も書いている気がする…」
• 「コードが100行を超えて、どこで何をしているか読みづらい…」
• 「別のファイルで作ったプログラムを、こっちでも使いたい…」

これらを解決する魔法が「関数（Function）」と「モジュール（Module）」です。
プロのエンジニアは、決して同じコードを何度も書きません。
処理を「部品」として作り、それをパズルのように組み合わせることで、巨大なシステムを構築しているのです。

本記事では、Python初心者にとって最適な勉強方法である「実機（VPS）でのコーディング」を通して、関数とモジュールの仕組みを完全にマスターします。

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1. 関数の基本：入力・処理・出力

関数とは、一言で言えば「特定の処理をひとまとめにした魔法の箱」です。
この箱には以下の3つの要素があります。

Pythonでは def というキーワードを使って関数を定義（作成）します。

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2. 実践：VPSで関数を作ってみよう

それでは、VPS（AlmaLinux 9）に接続して、実際にコードを書いてみましょう。
前回の続きから作業します。

2-1. 仮想環境の有効化

作業用ユーザー（python_user）でログインし、仮想環境に入ります。

cd ~/python_study
source .venv/bin/activate

2-2. 基本的な関数の作成

挨拶をするだけのシンプルな関数を作ります。
vi basic_func.py を作成し、以下のコードを入力してください。

# 関数の定義 (definition)
def greet(name):
    # name は引数（ひきすう）
    print(f"こんにちは、{name}さん！")
    print("今日もPython学習頑張りましょう！")

# メイン処理
print("--- プログラム開始 ---")

# 関数の呼び出し (call)
greet("コウ君")
greet("リナックス先生")

print("--- プログラム終了 ---")

実行結果：

--- プログラム開始 ---
こんにちは、コウ君さん！
今日もPython学習頑張りましょう！
こんにちは、リナックス先生さん！
今日もPython学習頑張りましょう！
--- プログラム終了 ---

たった1行 greet("名前") と書くだけで、定義した2行の処理が実行されました。
これが「再利用」の基本です。

2-3. 戻り値（return）のある関数

次は、計算結果を「返す」関数です。
vi calc_func.py を作成します。

def tax_calc(price, tax_rate):
    """
    価格と税率を受け取り、税込価格を返す関数
    """
    result = price * (1 + tax_rate / 100)
    return int(result)  # 計算結果を呼び出し元に返す

# 関数の結果を変数で受け取る
price1 = tax_calc(1000, 10)
price2 = tax_calc(500, 8)

print(f"1000円の税込(10%): {price1}円")
print(f"500円の税込(8%): {price2}円")

実行結果：

1000円の税込(10%): 1100円
500円の税込(8%): 540円

return を使うことで、関数の中で計算した結果を、関数の外で別の処理（ここでは print）に使うことができます。

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3. スコープの概念：変数の有効範囲を知る

関数を使う上で、初心者が必ずハマるのが「スコープ（有効範囲）」です。
関数の中で作った変数は、関数の外では使えません。

実験：エラーになるコード

vi scope_test.py を作成します。

def my_func():
    secret_msg = "これは秘密です"  # ローカル変数
    print("関数の中:", secret_msg)

my_func()

# 関数の外からアクセスしようとする
print("関数の外:", secret_msg)

実行結果（エラー）：

関数の中: これは秘密です
NameError: name 'secret_msg' is not defined

「secret_msg なんて名前の変数は定義されていないよ」と怒られます。
関数内の変数は「ローカル変数」と呼ばれ、関数の処理が終わるとメモリから消滅します。
逆に、関数の外で定義した変数は「グローバル変数」と呼ばれ、どこからでも参照できます。

プロの助言：
グローバル変数は便利ですが、どこで書き換えられたか追跡できなくなるため、実務では極力使わず、引数と戻り値でデータの受け渡しを行うのが鉄則です。

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4. モジュール：ファイルを分割して管理する

プログラムが数百行になってくると、1つのファイルに書くのは管理が大変です。
機能ごとにファイルを分け、必要な時に読み込んで使う仕組みを「モジュール」と言います。

4-1. モジュールファイルの作成

便利な計算機能をまとめた tools.py を作ります。

# tools.py
def add(a, b):
    return a + b

def sub(a, b):
    return a - b

# テスト実行用のブロック（後述）
if __name__ == "__main__":
    print("これは tools.py のテストです")
    print(add(10, 5))

4-2. モジュールを読み込んで使う

メインのプログラム main.py を作ります。
同じディレクトリにある tools.py を import して使います。

# main.py
import tools  # tools.py を読み込む

print("メイン処理を開始")

# tools.関数名 で呼び出せる
result = tools.add(100, 200)
print(f"計算結果: {result}")

4-3. 実行と確認

python main.py

実行結果：

メイン処理を開始
計算結果: 300

tools.py の中に書いた "これは tools.py のテストです" が表示されていないことに注目してください。
if __name__ == "__main__": という書き方は、「このファイルが直接実行された時だけ実行する」という意味です。
importされた時は実行されないため、モジュールの動作確認コードを書くのに使われます。

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5. プロのノウハウ：型ヒントとdocstring

Pythonは型を書かなくても動きますが、大規模開発では「この引数は数字？文字？」と迷うことが多々あります。
現代のPython開発では、「型ヒント（Type Hints）」を書くのが標準的です。

型ヒント付きの関数

def power(base: int, exponent: int) -> int:
    """
    累乗を計算する関数
    
    Args:
        base (int): 底
        exponent (int): 指数
    
    Returns:
        int: 計算結果
    """
    return base ** exponent

• base: int : 引数 base は整数であることを期待する。
• -> int : 戻り値は整数であることを期待する。
• """...""" : docstring（ドックストリング）。関数の説明書。

これを書いておくと、VS Codeなどのエディタが補完を効かせてくれたり、チームメンバーがコードを読みやすくなったりします。
自分自身のためにも、ぜひ書く癖をつけてください。

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6. 演習問題：BMI計算ツールの部品化

第2回で作った「BMI計算機」を、関数とモジュールを使ってリファクタリング（作り直し）してみましょう。

解答例

health_utils.py

def calculate_bmi(height_cm: float, weight_kg: float) -> float:
    """
    身長(cm)と体重(kg)からBMIを計算する
    """
    # cmをmに変換
    height_m = height_cm / 100
    # BMI計算
    bmi = weight_kg / (height_m ** 2)
    return bmi

app.py

import health_utils

# ユーザー入力（今回は固定値）
h = 170.5
w = 65.0

# モジュールの関数を利用
my_bmi = health_utils.calculate_bmi(h, w)

# 結果表示 (小数点1桁)
print(f"身長: {h}cm, 体重: {w}kg")
print(f"BMI: {my_bmi:.1f}")

実行結果：

身長: 170.5cm, 体重: 65.0kg
BMI: 22.4

処理ロジック（計算式）と、メイン処理（入出力）をきれいに分けることができました！

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まとめ：スパゲッティコードからの卒業

お疲れ様でした！ 第5回では、プログラムを整理整頓する「関数」と「モジュール」について学びました。

今回の達成項目：

• def を使って関数を定義し、処理を再利用できるようになった。
• 引数と戻り値を使って、データの受け渡しができた。
• ローカル変数とグローバル変数の違い（スコープ）を理解した。
• import を使って、別ファイルのコードを利用できるようになった。
• if __name__ == "__main__": の意味を理解した。
• 型ヒントとdocstringを使って、読みやすいコードを書く作法を知った。

これで、Pythonの基本的な文法（変数、if、for、関数）は一通り網羅しました。
次回からは、いよいよPythonの真骨頂である「外部ライブラリ」の世界に飛び込みます。
世界中の天才たちが作った便利なツールを、コマンド一発で取り込んで使う方法を学びましょう。

次回、【第6回】外部ライブラリの活用（pip）：便利な道具をインターネットから入手する でお会いしましょう！