プログラミングゲームの解答コードを投稿しよう！の関連記事です．

難しいプログラミング問題に取り組むとき，手元での確認・検証は重要です．
この記事では，自分のpaizaプログラミング用のローカルテスト環境を紹介します．
プログラム言語はPythonです．Rank D問題：カジノを例として取り上げます．

2行での要約：
test_main.py のinput1，output1，input2，output2，def main()の中身を書き換えて，
ローカル環境でテストやデバッグ実行しよう．

出題・解答環境

最初に，出題・解答環境を確認します．
電脳少女はpaizaと画面構成など一部異なりますが，以下の要素を共通して持ちます．

問題の概要
入力される値
期待する出力
条件
入力例1
出力例1
入力例2
出力例2

また，Python3の「解答コード入力欄」は，最初に以下が書かれています．

解答コード入力欄

# coding: utf-8
# 自分の得意な言語で
# Let's チャレンジ！！
input_line = input()
print("XXXXXX")

そして，「提出前動作確認」ボタンを押すと，アウトプットが XXXXXX だと確認できます．
提出前動作確認では，標準入力に対して「入力例1」が与えられ，「出力例1」を標準出力する事が期待されています．自由な入出力での動作確認（テスト）はできません．

この標準入力stdinと標準出力stdoutをどう扱うかが，ローカルテストの鍵となります．

オンラインテスト環境

オンラインテスト環境は，paiza.IOを使うのがベストでしょう．
他にもいろいろなサービスがありますが，公式がpaiza.IOを推奨しています．
標準入力と標準出力は，ブラウザの後ろ側で良い感じに対応されています．

ローカルテスト環境

準備

まず，Pythonが既に実行可能であることを前提とします．
ローカルテストにはpytestを利用します．
pip install pytestでpytestがインストールできます．
必要に応じて以下のコマンドを実行し，pytestのバージョンが表示されることを確認してください．

$ python --version
Python 3.12.4
$ pytest --version
pytest 8.3.4
$ python -m pytest --version
pytest 8.3.4

次に，テストファイル test_main.py を用意します．

test_main.py

import pytest


input1 = """
入力例1
""".strip()

output1 = """
出力例1
""".strip()

input2 = """
入力例2
""".strip()

output2 = """
出力例1
""".strip()


def main():
    解答


# 以下は固定
def test_main(monkeypatch) -> None:
    check(monkeypatch, main, input1, output1)
    check(monkeypatch, main, input2, output2)


def check(monkeypatch, func: None, input: str, output: str) -> None:
    import io

    stdin = io.StringIO(input)
    stdout = io.StringIO()

    with monkeypatch.context() as m:
        m.setattr("sys.stdin", stdin)
        m.setattr("sys.stdout", stdout)
        func()

    assert stdout.getvalue() == output + "\n"


if __name__ == "__main__":
    pytest.main([__file__])

このファイルは，すべての問題で使いまわします．
問題毎にファイルの中身を書き換えて，ローカルテストを実行します．

使い方

準備したテストファイル test_main.py の日本語部分を適切なものに書き換えます．
Rank D問題：カジノの場合，ファイルを以下のように書き換えます．

test_main.py

import pytest


input1 = """
- 入力例1
+ 1
+ 5
+ 2
""".strip()

output1 = """
- 出力例1
+ 46
""".strip()

input2 = """
- 入力例2
+ 8
+ 2
+ 80
""".strip()

output2 = """
- 出力例1
+ 818
""".strip()


def main():
-   解答
+   print(sum(i * int(input()) for i in [1, 5, 10]))


# 以下は固定
～～～省略～～～

そして，以下のどちらかのコマンドでテストを実行します．

pytest test_main.py
or
python test_main.py

緑の文字で1 passed in 0.02sのように表示されたら，テストは成功です．
赤の文字で1 failed in 0.15sのように表示されたら，テストは失敗です．
その場合，short test summary infoなど，失敗に関する情報が表示されます．

実際の使い方としては，まず最初に問題の入出力例をブラウザからコピペします．
そして，解答をmain関数の中に書きます．解答の試行錯誤は，main関数内で実施します．
オンライン環境より実行速度が速いので，頻繁にテストを実行しても問題ありません．
解答がテストを通ったら，それをブラウザに張り付けて，提出します．

自分の場合，ブラウザでは「解答コード入力欄」も含め，文字のタイピングは一切行いません．
コピーとペーストだけ実施し，タイピングは test_main.py に対してのみ実施しています．

test_main.py の解説

ここからは，test_main.py を解説します．

test_main.py は，以下の設計方針，自身の要望に基づいて作成されています．

すべてを1ファイルで完結させる
編集箇所をなるべく近くでまとめる
ローカルテスト環境と本番のブラウザとのやり取りは，コピペのみで済ませる
入出力例に対する改変を不要にする（タブ，インデント，改行，[]の有無など）
入出力例1，2を2箇所以上に書かない

この設計に基づき， test_main.py の書き換え部分は，現在のかたちになりました．

すべてを1ファイルで完結させるとすると，入力例と出力例は，変数にする必要があります．
複数行の入力例をそのままコピペするには，以下の書き方がベストでした．

input1 = """
入力例1
""".strip()

入力例と出力例の間に3行が挟まりますが，これは許容範囲としました．

試行錯誤が必要な解答は，解答をmain関数内で書くことにしました．
余分なインデントが入りますが，コピペで解答を提出できたため，良しとしました．

変数input1，output1，input2，output2とmain関数ができたら，これらを結びつける処理が必要です．
最終的に，pytestのmonkeypatchを利用するのがベストだと判断しました．
monkeypatchを使うと，sys.stdinやsys.stdoutを差し替えることが出来ます．

テストの核心部分は，check関数として汎用的にまとめました．

def check(monkeypatch, func: None, input: str, output: str) -> None:
    import io

    stdin = io.StringIO(input)
    stdout = io.StringIO()

    with monkeypatch.context() as m:
        m.setattr("sys.stdin", stdin)
        m.setattr("sys.stdout", stdout)
        func()

    assert stdout.getvalue() == output + "\n"

check関数は，monkeypatch，関数func，入力例input，出力例outputが入力になります．
出力はありませんが，内部でテストを実施します．
内部では，最初にioモジュールをインポートして，代替のstdinとstdoutを作成します．
stdinには，inputをセットします．
そして，monkeypatch.context()を利用し，sys.stdinとsys.stdoutをそれぞれstdinとstdoutに置き換え，funcを実行します．
最後に，funcの標準出力をstdout.getvalue()で受け取り，それがoutputと一致するかテストします．

test_main関数は，check関数へ渡す関数と変数を制御します．

def test_main(monkeypatch) -> None:
    check(monkeypatch, main, input1, output1)
    check(monkeypatch, main, input2, output2)

以下は，常にpytest経由でmain関数を呼び出すための設定です．

if __name__ == "__main__":
    pytest.main([__file__])

2行目をmain()に変えると，直接main関数を呼び出すようになります．
変更後にpython test_main.pyを実行すると，多くの場合に標準入力待ちとなります．

VS Code

ローカルテスト環境の一部として，エディタも紹介します．
自分はエディタとしてVS Codeを使っており，デバッグ実行(F5)をよく利用しています．
ブレークポイントを設定することで，プログラムの途中経過がわかり，とても便利です．
DEBUG CONSOLEは，変数の中身を表示可能で，簡単な計算も実行できるため，これも便利です．
VS Codeなら，以下の表示が可能です．

終わりに

自分のpaiza用ローカルテスト環境を紹介しました．
オンラインのコーディング環境も便利になってきていますが，まだ，ローカル環境の方が便利だと考えています．
是非， test_main.py をコピーして使ってみてください．