Pythonにおけるエラーについて【初心者向け解説記事】

Pythonにおけるエラーとは？

Pythonにおけるエラーとは、プログラムの実行中に発生する問題や予期しない動作を指します。エラーが発生すると、Pythonは通常、エラーメッセージを出力し、問題のある部分を特定する手がかりを提供します。エラーメッセージには通常、エラーが発生した行番号、エラーの種類、そしてエラーの詳細な説明が出力されます。

Pythonびおけるエラーは大きく 構文エラー（Syntax Errors）と例外（Exceptions）の2つのカテゴリーに分けられます。

構文エラー

Pythonプログラムは特定の文法に従って記述する必要があります。構文エラー、またはパースエラーとは、Pythonの文法に従っていないコードが存在するときに発生します。これはコードがPythonにとって解釈不能であるときに発生します。構文エラーは、コードを初めて書く際によく遭遇するエラーで、エラーメッセージには問題のある行が指摘され、エラーの位置を示す小さな「矢印」が表示されることがあります。

例として、以下のようなコードが考えれられます。

print("Hello, World!"

閉じカッコを書き忘れたため、Pythonが構文を理解することが出来ず、以下のようなエラーが発生します。

C:\***\python.exe C:/***/test.py runserver
  File "C:\***\test.py", line 2
    ^
SyntaxError: unexpected EOF while parsing

エラーメッセージを訳すと「構文エラー：パース中に予期しないEOFが発生しました」となります。EOFは"End Of File"の略語で、ファイルの終わりを示し、Pythonがファイルの終わりまで読み込んだが、閉じカッコがないためエラーが起きたことになります。

エディタによっては、構文エラーを自動で検出する場合があります。画像で使用しているエディタはPyCharmです。

例外

例外は、プログラムが文法的には正しいにもかかわらず、実行中に問題が発生したときに起きます。例えば、存在しないファイルを開こうとしたり、0で数値を割ろうとしたりすると例外が発生します。例外にはさまざまな種類があり、それぞれ特定のエラー状況に対応しています。
ここでは、その一例を挙げたいと思います。これ以外にも、Pythonには様々な例外があります。

ZeroDivisionError

数学の原則から、0で何かを割ることはできません。Pythonでは、0で割り算を試みるとZeroDivisionErrorが発生します。これは割り算の演算子を使用しているコードを見直し、0で割り算が発生しないようにする必要があります。

例として、以下のようなコードがZeroDivisionErrorを起こします。

a = 1 / 0 # ZeroDivisionError: division by zero

TypeError

TypeErrorは、操作が対象のオブジェクト型に対して適切でないときに発生します。例えば、文字列を数値として加算しようとするとこのエラーが発生します。

例として、以下のようなコードがTypeErrorを起こします。

a = 1 + "あいうえお" # TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'

ValueError

ValueErrorは、関数に適切でない引数が渡されたときに発生します。たとえば、整数を期待する関数に文字列を渡すと、このエラーが発生します。このエラーを修正するには、関数に渡される引数の型を見直す必要があります。
例として、以下のようなコードがValueErrorを起こします。int関数は、文字列型で表された数字や少数を整数型に変換する関数です。

int_value = int("Python")  # ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'Python'

IndexError

このエラーは、存在しないインデックスを参照しようとしたときに発生します。存在しないインデックスを参照しようとするとIndexErrorが発生します。
例として、以下のようなコードが考えられます。このコードでは、リストの3番目を参照しようとして、インデックスに3を指定していますが、インデックスは0から始まるため存在しない4番目のインデックスを参照しようとしています。

list = [1, 2, 3]
a = list[3] # IndexError: list index out of range

KeyError

Pythonの辞書は、キーと値を持つデータ構造です。存在しないキーを指定するとKeyErrorが発生します。

例として、以下のようなコードが考えられます。

dict = {'one': 1, 'two': 2, 'three': 3}
print(dict['four'])  # KeyError: 'four'

例外の作成

Pythonでは、自分で新しい例外を作成することも可能です。これは、プログラム内で特定の条件が満たされたときに特定のエラーメッセージを表示したい、または特定の動作を強制したいときなどに非常に便利です。

例外の作成は、raiseステートメントを使用して行います。以下にその例を示します。

def validate_age(age):
    if age < 0:
        raise ValueError("年齢は負の値にはできません。")
    elif age > 150:
        raise ValueError("入力された年齢は現実的ではありません。")

validate_age(-1)  # ValueError: 年齢は負の値にはできません。
validate_age(200)  # ValueError: 入力された年齢は現実的ではありません。

この例では、関数validate_ageは引数として年齢を受け取り、それが0未満または150より大きい場合、raiseステートメントを使ってValueError例外を発生させています。この例外は自分で定義したエラーメッセージと共に発生します。

論理エラー

論理エラーは、コードが構文的には正確で、例外も発生せずに実行できるが、期待した結果を生成しないときにそう呼ばれます。コードは記述した通りに正常に動作しているため、正確にはエラーや例外ではありません。この手のエラーは最も見つけにくいエラーであり、デバッグに時間がかかることがよくあります。プログラムが期待した動作をしないとき、または期待した結果を得られないとき、それは論理エラーが存在する可能性を示しています。このような論理エラーを見つけるには、適切なテストコードを書くことが重要です。

例えば、次のコードについて考えてみます。

def divide(a, b):
    return a * b

print(divide(10, 2))

このdivide関数は2つの数値を引数とし、その割り算の結果を返すことを意図しています。しかし、実際には掛け算の結果を返しているため、意図した結果とは異なる結果が得られます。

まとめ

Pythonのエラーは、コードの問題を解決するための重要な手がかりを提供します。エラーメッセージはエラーの原因となったコードの位置とエラーの種類を示し、解決の方向を示してくれます。エラーメッセージを読み解き、適切に対処することで、コードの問題を解決し、プログラムを改善することができます。