【Python入門】クラッシュしないプログラムへ！エラーハンドリング(try-except-else-finally-raise)完全ガイド #8

「ユーザーが変な文字を入力したら、プログラムが真っ赤なエラーを吐いて止まっちゃった…」

「ファイルが見つからなかった時に、エラーで落ちるんじゃなくて、『ファイルがありません』って優しく伝えたい。」
「もっとプロっぽい、頑丈なプログラムを書けるようになりたい！」

こんにちは！ Pythonプログラミング探検隊、隊長のPythonistaです！ これまで私たちは、Pythonの様々な機能を使って「期待通りに動く」プログラムの作り方を学んできましたね。しかし、実際のプログラミングでは、予期せぬ入力や、ファイルが見つからないといった「想定外の事態」が必ず発生します。

今回は、そんな「想定外」に備え、プログラムが突然クラッシュしてしまうのを防ぐための非常に重要なテクニック、「エラーハンドリング」について徹底的に解説します！ Pythonのtry-except構文を基本に、else, finallyといった応用、さらには自らエラーを発生させるraiseまで、プログラムを「頑丈」にするための全てを学びます。`print()`デバッグの次のステップとして、エラーと上手に付き合い、より信頼性の高いプログラムを作成するスキルを身につけましょう！

1. エラーは友達！トレースバックを怖がらない

エラーハンドリングを学ぶ前に、まず大切な心構えがあります。それは、エラーメッセージ（トレースバック）を怖がらないことです。プログラムが停止した時に表示される赤い文字の羅列は、初心者にとっては恐怖の対象かもしれませんが、実はバグを修正するための最大のヒントが詰まった「宝の地図」なのです。

（番外編）画像の中の文字列を認識してモザイク

トレースバックは下から上に読んでいくのが基本です。一番下の行にZeroDivisionError: division by zeroのような形でエラーの種類と簡単な説明が、その上にエラーが発生したファイル名と行番号が示されています。まずは「何が起きたのか」「どこで起きたのか」を落ち着いて読む習慣をつけましょう。

2. try-except：エラーを優しくキャッチする基本

エラーが発生しそうな処理を事前に予測し、エラーが起きてもプログラムを停止させず、代わりの処理を実行させるのがエラーハンドリングの基本です。そのために使うのがtry-except構文です。

2.1. `try-except`の基本構文

try:
    # エラーが発生する可能性のある処理
    処理A
except エラーの種類:
    # エラーが発生した場合に実行される処理
    処理B

Pythonはまずtryブロック内の処理を実行しようとします。もしその途中で指定された「エラーの種類」のエラーが発生すると、即座にtryブロックの実行を中断し、対応するexceptブロック内の処理を実行します。エラーが発生しなければ、exceptブロックは無視されます。

2.2. 具体的なエラー例で試してみよう

例1：ZeroDivisionError（0での割り算）

try:
    result = 10 / 0
    print(f"計算結果: {result}")
except ZeroDivisionError:
    print("エラー: 0で割ることはできません。")

print("プログラムは正常に終了しました。")

実行結果:

エラー: 0で割ることはできません。
プログラムは正常に終了しました。

exceptでエラーをキャッチしたため、プログラムがクラッシュせずに最後まで実行されましたね。

例2：ValueError（不適切な値）

user_input = input("数値を入力してください: ")
try:
    num = int(user_input) # 文字列を整数に変換しようとする
    print(f"入力された数値の2倍は {num * 2} です。")
except ValueError:
    print(f"エラー:「{user_input}」は有効な数値ではありません。")

このコードで、もしユーザーが「abc」のような文字を入力すると、int()関数がValueErrorを発生させ、exceptブロックが実行されます。

3. 複数のエラーを華麗にさばく方法

一つのtryブロックの中で、複数の種類のエラーが発生する可能性があります。その場合、エラーの種類に応じて処理を分けることができます。

3.1. 複数のexceptブロック

エラーの種類ごとにexceptブロックを記述します。

my_list = [10, 20, 30]
try:
    index_str = input("リストのインデックスを入力してください: ")
    index = int(index_str)
    
    divisor_str = input("割る数を入力してください: ")
    divisor = int(divisor_str)

    result = my_list[index] / divisor
    print(f"計算結果: {result}")
    
except ValueError:
    print("エラー: 有効な数値を入力してください。")
except IndexError:
    print(f"エラー: 指定されたインデックス {index} は存在しません。")
except ZeroDivisionError:
    print("エラー: 0で割ることはできません。")
except Exception as e: # 上記以外の予期せぬエラーをキャッチ
    print(f"予期せぬエラーが発生しました: {e}")
    print(f"エラーの型: {type(e)}")

except Exception as e:は、より具体的なエラー（この例ではValueError, IndexError, ZeroDivisionError）以外の、予期せぬ全てのエラーをキャッチするための書き方です。eという変数にエラーオブジェクトそのものが格納され、エラーメッセージなどを確認できます。この包括的なexceptは、通常は一番最後に書きます。

3.2. 複数のエラーをタプルでまとめる

もし複数のエラーに対して同じ処理を行いたい場合は、タプルでまとめて指定できます。

try:
    # ... (上記のtryブロックと同じ) ...
except (ValueError, IndexError) as e:
    print(f"入力エラーです: {e}")
except ZeroDivisionError:
    print("計算エラー: 0で割ることはできません。")

4. else節とfinally節：エラーハンドリングの仕上げ

try-except構文には、さらにelse節とfinally節を追加して、より細かな制御を行うことができます。

4.1. else節：エラーが起きなかった時だけ実行

else節は、tryブロックの中でエラーが発生しなかった場合にのみ実行されます。正常に処理が完了した場合の後処理などを書くのに適しています。

file_path = "my_data.txt"
try:
    print(f"ファイル'{file_path}'を開こうとしています...")
    f = open(file_path, 'r')
except FileNotFoundError:
    print("ファイルが見つかりませんでした。")
else:
    # tryブロックが成功した場合のみ実行される
    print("ファイルを開くのに成功しました。内容を読み込みます。")
    print(f.read())
    f.close()

これにより、エラーが起きる可能性のある処理（open()）と、それが成功した場合にのみ行いたい処理（read(), close()）を明確に分離できます。

4.2. finally節：何があっても最後に必ず実行

finally節は、tryブロックの途中でエラーが発生したかどうかに関わらず、最後に必ず実行される処理です。これは、ファイルやネットワーク接続など、プログラムが使用したリソースを確実に解放（後片付け）するために非常に重要です。

f = None # tryの外で変数を初期化
try:
    f = open('important_data.txt', 'w')
    f.write("重要なデータ")
    # 何らかのエラーが発生したと仮定
    # result = 10 / 0
except Exception as e:
    print(f"処理中にエラーが発生しました: {e}")
finally:
    # エラーがあってもなくても、ファイルが開かれていれば必ず閉じる
    if f is not None:
        f.close()
        print("ファイルは正常にクローズされました。")

finallyがあるおかげで、途中でエラーが起きてもファイルが開きっぱなしになるのを防げます。

5. with文は最高の相棒：安全な後片付けの自動化

実は、先ほどのfinallyを使ったファイルの後片付けは、もっと安全で簡潔な書き方があります。それがwith文です。

file_path = "my_data.txt"
try:
    with open(file_path, 'r', encoding='utf-8') as f:
        content = f.read()
        print("ファイルの内容を読み込みました。")
        # withブロックを抜ける際に、ファイルは自動的にクローズされる
except FileNotFoundError:
    print(f"ファイル '{file_path}' が見つかりませんでした。")

with文を使うと、withブロックの処理が正常に終わっても、途中でエラーが発生しても、ブロックを抜ける際に自動的に後片付け処理（この場合はf.close()）を呼び出してくれます。 これは、内部的にtry-finallyと同じような仕組みが動いているためです。ファイル操作など、後片付けが必要なリソースを扱う際には、with文を使うのが現代のPythonでは一般的で、より安全な書き方です。

6. エラーを意図的に発生させるraise文 (中級編への一歩)

これまではエラーを「キャッチ」する方法を見てきましたが、時にはプログラム自身が「これは不正な状態だ！」と判断して、意図的にエラーを発生させたい場合があります。そのために使うのがraise文です。

なぜ自分でエラーを発生させる必要があるのでしょうか？

  • 関数の引数が不正な値（例: 年齢に負の値）である場合に、それを呼び出し元に明確に知らせるため。
  • プログラムが予期せぬ、または矛盾した状態に陥ったことを示すため。
def set_age(age):
    if not isinstance(age, int):
        raise TypeError("年齢は整数でなければなりません。")
    if age < 0:
        raise ValueError("年齢に負の値を設定することはできません。")
    print(f"年齢を {age} 歳に設定しました。")

try:
    set_age(25)
    set_age(-5)
except (TypeError, ValueError) as e:
    print(f"エラーをキャッチしました: {e}")

実行結果:

年齢を 25 歳に設定しました。
エラーをキャッチしました: 年齢に負の値を設定することはできません。

このように、関数の内部で不正な状態を検知し、raiseを使ってエラーを送出することで、プログラムの安全性をさらに高めることができます。

7. まとめ：エラーハンドリングでプログラムを次のレベルへ！

今回は、プログラムをクラッシュから守り、より頑丈にするための「エラーハンドリング」について学びました。

  • エラーメッセージ（トレースバック）はデバッグの重要なヒントであること。
  • try-except構文で、発生したエラーをキャッチして対処する基本的な方法。
  • 複数のエラーを種類別に、またはまとめて処理する方法。
  • else節（エラーがなかった時の処理）とfinally節（何があっても実行される後片付け処理）。
  • with文が、try-finallyによるリソース管理を安全かつ簡潔にしてくれること。
  • raise文を使って、意図的にエラーを発生させ、プログラムの不正な状態を通知する方法。

エラーハンドリングを適切に行うことは、単にプログラムが動くだけでなく、「安定して」「安全に」動き続けるための必須スキルです。予期せぬ事態に備え、エラーを恐れるのではなく、適切に制御する。これが、初心者から一歩進んだプロフェッショナルなプログラミングへの道筋です。

ぜひ、これまでのあなたのプログラムにもtry-exceptを導入して、より頑丈なものに育ててみてください！

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