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Python3エンジニア認定基礎試験（7章～9章）

Last updated at 2023-06-22Posted at 2023-06-12

前回の記事の続きです。

7章入出力

出題数 1/ 40問(2.5%)

7.1 入力と出力

標準入力：キーボードやファイルなどからデータを入力（input()関数など）
標準出力：コンソールへの出力など（print()関数など）
標準エラー出力：エラーメッセージの出力

7.2 input()関数

キーボードからの入力値を受け取る
受け取ったデータは文字列に変換される
int()、float()、complex()などの関数で数値のデータ型に変換可能

>>> price = int(input('値段を入力してください：'))
値段を入力してください：100
>>> print('税込み', round(price * 1.1),'円です。')
税込み 110 円です。

>>> price = int(input('値段を入力してください：'))
値段を入力してください：100.3
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: invalid literal for int() with base 10: '100.3'
>>> price = int(input('値段を入力してください：'))
値段を入力してください：i
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'i'

7.3 print()関数、sys.stdout.write()

print()関数
- 内部でstr()関数を使って文字列に変換して出力
- 末尾に自動で改行が入る
  ※print()関数を使うとNoneも出力できる
sys.stdout.write()
- sys.stdoutは、標準出力されたテキストファイル
- 改行が入らずに一行で結果が出力
- str()で文字列に変換しなかった場合はエラーが発生

例

import sys

nodata = None

print('あいうえお')
print(1 + 2)
print(nodata)

sys.stdout.write('あいうえお')
sys.stdout.write(str(1 + 2))
sys.stdout.write(str(nodata))

実行結果

あいうえお
3
None
あいうえお3None

7.4 標準出力のプロセス

文字列をエンコードしてからデコードする処理が含まれる
デコードを行うには、先にエンコードされるため、文字列に変換しておく必要あり
（エンコード：文字列→バイト列、デコード：バイト列→文字列）

※符号化形式は、以下のコマンドで確認

>>> sys.stdout.encoding
'utf-8'

7.5 str()関数、repr()関数

str()関数：オブジェクトを人間が理解しやすい文字列に変換する
repr()関数：オブジェクトをデバッグしやすい文字列（インタープリタに読める表現）に変換する
※数値オブジェクトの場合は、両者とも同じ結果が出力

>>> name = 'abc'
>>> print(str(name))
abc
>>> print(repr(name))
'abc'

>>> a = 1
>>> print(str(a))
1
>>> print(repr(a))
1

>>> import datetime
>>> dt = datetime. datetime (2023, 5, 29, 10, 30, 20 , 1230)
>>> print(str(dt))
2023-05-29 10:30:20.001230
>>> print(repr(dt))
datetime.datetime(2023, 5, 29, 10, 30, 20, 1230)

7.6 stringモジュール

標準モジュール
- Templateクラスで文字列を置き換え
- substituteメソッドで出力

>>> from string import Template
>>> question = '1'
>>> answer = 'B'
>>> t = Template('問題${first}の答えは${second}です。')
>>> print(t.substitute(first=question, second=answer))
問題1の答えはBです。

7.7 文字列のフォーマット

各フォーマット
- Python2.6以前：%（モジュロ）演算子によるフォーマット
  - %s：文字列
  - %10s：最小フィールド幅を指定
  - %-10s：-でフィールド幅を指定して左詰に
  - %d：符号付き10進整数
  - %f：10進浮動小数点数（デフォルトの精度は6）
  - %15.2f：最小フィールド幅15、小数点以下の桁数2
- Python2.6-3.6：format()メソッドによるフォーマット
  - コロン（:）の左側にインデックス、右側にオプションを指定
    - :s：文字列
    - :：指定なし（数値、文字列どちらでもエラー未発生）
    - :*^15：中寄せ、残りを*で埋める、15文字
    - :*<15：左寄せ、残りを*で埋める、15文字
    - :0>10：右寄せ、残りを0で埋める、10文字
    - :^10：中寄せ、残りを空白で埋める、10文字
    - :d：符号付き10進整数
    - :,d：3桁ごとにカンマで区切る、符号付き10進整数
    - :+,d：正の数（+）、3桁ごとにカンマで区切る、符号付き10進整数
    - :f：10進浮動小数点数（デフォルトの精度は6）
    - :.3f：10進浮動小数点数（精度3）
    - :0^12.3f：中寄せ、残りを0で埋める、最小フィールド幅12、10進浮動小数点数（精度3）
    - :0>12.3f：右寄せ、残りを0で埋める、最小フィールド幅12、10進浮動小数点数（精度3）
    - :0<12.3f：左寄せ、残りを0で埋める、最小フィールド幅12、10進浮動小数点数（精度3）
    - :0=12.3f：右寄せ、残りを0で埋める、最小フィールド幅12、10進浮動小数点数（精度3）
- Python3.6以降：f-Stringによるフォーマット
  - コロン（:）の左側に値、右側にオプションを指定
  - {}内に計算式を書ける

>>> item = '本'
>>> price = 1000
>>> '%sは%d円です。' % (item, price)
'本は1000円です。'

>>> print('%7.3f' % price)
1000.000
>>> print('%8.3f' % price)
1000.000
>>> print('%9.3f' % price)
 1000.000
>>> print('%9.2f' % price)
  1000.00
>>> print('%s' % ('abc'))
abc
>>> print('%10s' % ('abc'))
       abc
>>> print('%-10s' % ('abc'))
abc
>>> print('%d' % (123.456789123))
123
>>> print('%f' % (123.456789123))
123.456789
>>> print('%15.2f' % (123.456789123))
         123.46

>>> '{}は{}円です。'.format(item, price)
'本は1000円です。'
>>> '{item2}は{price2}円です。'.format(item2='筆箱', price2='200')
'筆箱は200円です。'

>>> x = 'abc'
>>> y = 'def'
>>> print('{0} {1}'.format(x, y))
abc def
>>> print('{1} {0}'.format(x, y))
def abc

>>> p = [300, 100, 200]
>>> print('A：{0[2]} B：{0[0]} C：{0[1]}'.format(p))
A：200 B：300 C：100

>>> print('{:s}'.format('abc'))
abc
>>> print('{:s}'.format(123))
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: Unknown format code 's' for object of type 'int'
>>> print('{:}'.format('abc'))
abc
>>> print('{:}'.format(123))
123

>>> print('{:*^15}'.format('abc'))
******abc******
>>> print('{:*<15}'.format('abc'))
abc************
>>> print('{:0>10}'.format('abc'))
0000000abc
>>> print('{:^10}'.format('abc'))
   abc    

>>> print('{:d}'.format(123.45))
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: Unknown format code 'd' for object of type 'float'
>>> print('{:d}'.format(123))
123
>>> print('{:d}'.format(123,45))
123

>>> print('{:,d}'.format(100000))
100,000
>>> print('{:,d}'.format(1000000))
1,000,000
>>> print('{:,d}'.format(10000000))
10,000,000
>>> print('{:,d}'.format(100000000))
100,000,000

>>> print('{:+,d}'.format(100000))
+100,000
>>> print('{:+,d}'.format(1000000))
+1,000,000
>>> print('{:+,d}'.format(10000000))
+10,000,000
>>> print('{:+,d}'.format(100000000))
+100,000,000

>>> print('{:f}'.format(100))
100.000000
>>> print('{:.3f}'.format(100))
100.000

>>> print('{:0^12.3f}'.format(100))
00100.000000
>>> print('{:0>12.3f}'.format(100))
00000100.000
>>> print('{:0<12.3f}'.format(100))
100.00000000
>>> print('{:0=12.3f}'.format(100))
00000100.000

>>> f'{item}は{price}円です。'
'本は1000円です。'
>>> F'{item}は{price}円です。'
'本は1000円です。'

>>> discount = 0.2
>>> f'{item}は{price * (1 - discount)}円です。'
'本は800.0円です。'
>>> f'{item}は{price * (1 - discount):d}円です。'
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: Unknown format code 'd' for object of type 'float'
>>> f'{item}は{price * (1 - discount):f}円です。'
'本は800.000000円です。'
>>> f'{item}は{round(price * (1 - discount))}円です。'
'本は800円です。'

手作業でのフォーマット
- rjust()メソッド
- ljust()メソッド
- center()メソッド
- zfill()メソッド

>>> name = 'abcdefg'
>>> name.rjust(10, '_')
'___abcdefg'
>>> name.ljust(10, '_')
'abcdefg___'
>>> name.center(10, '_')
'_abcdefg__'

>>> '20'.zfill(7)
'0000020'
>>> '-20'.zfill(7)
'-000020'

7.8 ファイルオブジェクト

ファイルを読み書きするためのデータ
- open()やwrite()を使用
ファイルを開く（open()）
- 変数 = open('ファイル名', 'モード', 'エンコーディング')
- エンコーディング：指定なしの場合はプラットフォーム依存
- モード：以下の①～③を組み合わせた形で使用（指定なしの場合はr）
  
  ①
  - r：読み込み用(ファイルがない場合はエラー)
  - w：書き込み用(上書き)
  - a：書き込み用(追記)
  - x：書き込み用(新規ファイル生成、ファイルが既にある場合はエラー)
  ②
  - t：テキストモード（内容をテキストとみなして処理）
  - b：バイナリモード（バイト列のまま処理、エンコーディングは指定できない）
  ③
  - +：更新用（読み書き両方を指定）

>>> f = open('abc.txt', 'wb+')
>>> f.close()
>>> f = open('abc.txt', 'r', encoding='shift_jis')
>>> f.close()
>>> f = open('abc.txt', 'rb', encoding='shift_jis')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: binary mode doesn't take an encoding argument

ファイルを開く（with open()）
- 処理中に例外が発生しても必ず閉じる
- withキーワードを使わない場合はclose()

7.9 ファイルオブジェクトのメソッド

ファイルの内容を読み込む
- read(文字数)
  - 指定した文字数のみ
  - 文字数がない場合や負の数のときはすべて返す
  - 終端に達した後は空の文字列''を返す
- readline()
  - 1行ずつ
- readlines()
  - 行ごとのリスト
- for line in 変数:
  - 1行ずつ

>>> with open("sample1.txt", encoding="UTF-8") as f:
...     text3 = f.read(3)
...
>>> text3
'あいう'

>>> with open("sample1.txt", encoding="UTF-8") as f:
...     text = f.read()
...
>>> text
'あいうえお\nかきくけこ\nさしすせそ'
>>> print(text)
あいうえお
かきくけこ
さしすせそ

>>> f = open("sample1.txt", encoding="UTF-8")
>>> f.readline()
'あいうえお\n'
>>> f.readline()
'かきくけこ\n'
>>> f.readline()
'さしすせそ'
>>> f.readline()
''
>>> f.close()

>>> with open("sample1.txt", encoding="UTF-8") as f:
...     text_list = f.readlines()
...
>>> text_list
['あいうえお\n', 'かきくけこ\n', 'さしすせそ']

>>> with open("sample1.txt", encoding="UTF-8") as f:
...     for line in f:
...         print(line, end="")
...
あいうえお
かきくけこ
さしすせそ>>>

ファイルに内容を書き込む：write(文字列)
- write()メソッド書き込んだ時点では、メモリに一時保管されているだけ
- ファイルを閉じた時点で書き込みが行われる
- 書き込まれた文字数を返す
- 文字列以外（数値データなど）を書き込むとTypeErrorになる

>>> fw = open('sample2.txt', 'w')
>>> fw.write(5)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: write() argument must be str, not int
>>> fw.write('abcdefg')
7
>>> fw.close()

先頭文字から数えた現在位置を扱う
- tell()
  - バイナリモードではファイルの先頭から数えたバイト数を返す
  - テキストモードでは不明瞭な値を返す（全角は2バイト、半角は1バイト）
- seek(オフセット値, 基準点)
  - ファイルの特定の位置に移動し、先頭からのバイト数を返す
  - seekの第2引数
    0：ファイルの先頭
    1：現在位置
    2：ファイルの末尾
    ※テキストモードの場合、基準点は0のみ有効（例外として、唯一の有効なオフセット値はf.tell()から返された値か0のいずれか）

>>> f = open('sample2.txt', 'rb+')
>>> f.read(2)
b'ab'
>>> f.read(3)
b'cde'
>>> f.tell()
5
>>> f.read(1)
b'f'
>>> f.tell()
6
>>> f.read()
b'g'
>>> f.read()
b''
>>> f.seek(2, 0)
2
>>> f.read(1)
b'c'
>>> f.seek(2, 1)
5
>>> f.read()
b'fg'
>>> f.seek(-3, 2)
4
>>> f.read(1)
b'e'
>>> f.close()

>>> f = open('sample2.txt', 'r')
>>> f.seek(2, 1)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
io.UnsupportedOperation: can't do nonzero cur-relative seeks
>>> f.seek(0, 1)
0
>>> f.seek(0, 2)
7
>>> f.seek(-3)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: negative seek position -3
>>> f.close()

7.10 jsonファイルの操作

シリアライズ（直列化）
- 複数の要素を一列に並べる操作や処理
- dump()関数またはdumps()関数によりデータ構造オブジェクトをJSON文字列に変換
  - json.dump(データ構造オブジェクト, ファイルオブジェクト)
  - json.dumps(データ構造オブジェクト)
    ※サポートしていない型は拡張する必要あり
デシアライズ
- シリアライズされたデータを元のオブジェクトに復元する処理
- load()関数またはloads()関数によりJSON文字列をデータ構造オブジェクトに変換
  - json.load(ファイルオブジェクト)
  - json.loads(文字列)

>>> import json
>>> data = [3, "f"]
>>> json.dumps(data)
'[3, "f"]'
>>> type(data)
<class 'list'>
>>> type(json.dumps(data))
<class 'str'>

>>> f = open("sample4.json", 'w')
>>> data = [3, "f"]
>>> json.dump(data, f)
>>> f.close()

>>> with open('sample4.json', 'r') as f:
...     data2 = json.load(f)
...
>>> data2
[3, 'f']
>>> type(data2)
<class 'list'>

8章エラーと例外

出題数 4/ 40問(10%)

8.1 構文エラーと例外

エラーの種類
- 構文エラー
  - 構文の誤りにより発生したエラー
    - SyntaxError
    - IndentationError
- 例外
  - 構文エラー以外のエラー（構文は正しいがプログラムの実行中に検知）
    - ZeroDivisionError
    - NameError
    - TypeError
    - ValueError
    - UnicodeError
    - UnicodeDecodeError
    - IndexError

8.2 例外処理

try文を使用

>>> a + 2
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'a' is not defined
>>> try:
...     a + 2
... except NameError:
...     print("NameErrorです")
... except:
...     print("何かのエラーが起きています")
...
NameErrorです

8.3 例外の強制発生

raise文を使用

>>> raise NameError("変数名が定義されていません")
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: 変数名が定義されていません

>>> try:
...     raise NameError("変数名が定義されていません")
... except NameError as e:
...     print(e)
...
変数名が定義されていません

例外発生時の引数を変数として受け取る

>>> try:
...     raise Exception('例外発生1', '例外発生2')
... except Exception as e:
...     x, y = e.args
...     print(x)
...     print(y)
...
例外発生1
例外発生2

8.4 クリーンアップ動作

エラーでもエラーでなくても最後に必ず実行される処理
try～finally文を使用
もしくはwith文により、オブジェクト（ファイルなど）を使用後すぐに適切な方法でのクリーンアップ動作を保証した形で利用できる

>>> try:
...     raise NameError
... finally:
...     print("終了")
...
終了
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in <module>
NameError

>>> try:
...     print("try内の実行")
... finally:
...     print("終了")
...
try内の実行
終了

8.5 例外処理における役割分担

try
- 例外が発生しそうな処理
- try節の実行中にエラーが発生した場合、try節中の残りのコードは実行されず、except節が処理される
except
- 例外発生時に実行する処理
- 後ろの例外を省略するとワイルドカードになる
- except節で定義していない例外が発生した場合、finally節の処理が実行された後に例外が出力（finally節の先行処理）
else
- 例外が発生しなかった場合の処理
finally
- 常に実行

>>> def divide(x, y):
...     try:
...         result = x / y
...         print("tryの実行")
...     except ZeroDivisionError:
...         print("0で割ることはできません")
...     else:
...         print("計算結果", result)
...     finally:
...         print("計算終了")
...
>>> divide(3, 0)
0で割ることはできません
計算終了
>>> divide(3, 2)
tryの実行
計算結果 1.5
計算終了
>>> divide(3, '2')
計算終了
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 3, in divide
TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'int' and 'str'

9章クラス

出題数 2/ 40問(5%)

9.1 クラス、インスタンス、オブジェクト、メソッド

クラス
- オブジェクトの設計図のこと（実体を表現するための雛形）
- def __init__(self):関数によりインスタンスを生成する際の処理を定義
インスタンス
- クラスを使って生成したオブジェクト
オブジェクト
- クラスやインスタンスの総称
- 型がある
- オブジェクトの属性はオブジェクト名.属性名で参照（属性参照）
メソッド
- クラスに定義された関数（def メソッド名(self):）
- インスタンスからはメソッドとして呼び出される
  - インスタンスオブジェクト.メソッド名(関数の引数)
- クラスからは関数として呼び出される
  - クラスオブジェクト.関数名(インスタンスオブジェクト, 関数の引数)

>>> class Person:
...     def __init__(self, name, age):
...         self.name = name
...         self.age = age
...     def say_hello(self, name):
...         print("Hello, {}. I am {}.".format(name, self.name))
...
>>> male1 = Person("Tarou", 20)
>>> male2 = Person("Satoshi", 25)
>>> print(male1.name)
Tarou
>>> print(male2.name, male2.age)
Satoshi 25
>>> male1.say_hello("Hanako")
Hello, Hanako. I am Tarou.

>>> class Sample:
...     def __init__(self, name):
...         self.name = name
...         print(name)
...
>>> x = "abc"
>>> s = Sample()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: Sample.__init__() missing 1 required positional argument: 'name'
>>> s = Sample(x)
abc
>>> s.__init__(x)
abc
>>> Sample.__init__(x)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: Sample.__init__() missing 1 required positional argument: 'name'
>>> Sample.__init__(s, x)
abc

>>> class Sample2:
...     def aaa(self, name):
...         self.name = name
...         print(name)
...
>>> s = Sample2()
>>> x = "abc"
>>> s.aaa(x)
abc
>>> Sample2.aaa(x)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: Sample2.aaa() missing 1 required positional argument: 'name'
>>> Sample2.aaa(s, x)
abc

9.2 インスタンス変数とクラス変数

インスタンス変数
- インスタンスごとに独自の値を持たせることができる
- 定義・参照
  - 定義：self.変数名
  - クラス直下から参照：self.変数名
  - 関数から参照：self.変数名
  - クラス外から参照：インスタンス名.変数名
クラス変数
- クラスの中で変数を定義すると、どのインスタンスにも共通する値を持たせることができる
- 定義・参照
  - クラスの中で定義：変数名
  - クラス直下から参照：変数名
  - 関数から参照：self.変数名
  - クラス外から参照：クラスオブジェクト.変数名またはインスタンス名.変数名

>>> class Sample:
...     list_a = []
...     def add_list_a(self, data):
...         self.list_a.append(data)
...
>>> sample1 = Sample()
>>> sample1.add_list_a("データ1")
>>> sample2 = Sample()
>>> sample2.add_list_a("データ2")
>>> Sample.list_a
['データ1', 'データ2']
>>> sample1.list_a
['データ1', 'データ2']
>>> sample2.list_a
['データ1', 'データ2']

9.3 継承

クラスの持つデータ属性やメソッドを引き継ぐ
親クラスと同じメソッド名を子クラスで定義すると、親クラスのメソッドを上書きできる
super()は親クラスを指す
多重継承：複数のクラスを継承（例：クラスAから作成されたB、Cを継承するDを作成）

>>> class Person:
...     def __init__(self, name, age):
...         self.name = name
...         self.age = age
...
>>> class Employee(Person):
...     def __init__(self, id):
...         self.id = id
...
>>> tarou.name = "Tarou"
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'tarou' is not defined
>>> tarou = Employee("0012")
>>> tarou.name = "Tarou"
>>> tarou.age = 20
>>> print(tarou.name, tarou.age, tarou.id)
Tarou 20 0012
>>> tarou = Employee("0012")
>>> print(tarou.name, tarou.age, tarou.id)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Employee' object has no attribute 'name'

>>> class Person:
...     def __init__(self, name, age):
...         self.name = name
...         self.age = age
...
>>> class Employee(Person):
...     def __init__(self, name, age, id):
...         super().__init__(name, age)
...         self.id = id
...
>>> tarou = Employee("Tarou", 20, "0012")
>>> print(tarou.name, tarou.age, tarou.id)
Tarou 20 0012

9.4 プライベートメソッド・プライベート変数

クラス内からのみ呼び出せる（クラス外からは参照できない）
メソッド名・変数名の先頭にアンダースコア（_）を2つ付ける
どうしても呼び出したい場合は、インスタンス名._クラス名__関数名()、インスタンス名._クラス名__変数名で呼び出す

>>> class Employee:
...     def __init__(self, name):
...         self.__name = name
...
>>> e = Employee('Yamada')
>>> e.name
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Employee' object has no attribute 'name'
>>> e._Employee__name
'Yamada'

9.5 イテレータ・ジェネレータ

イテレータ
- クラスを使用してイテレータを実装できる
- __iter__メソッド、__next__メソッドを使用
ジェネレータ
- 繰り返し処理を書くときに使用
- yield式を使用
- ジェネレータが返すオブジェクトの型はgeneratorクラス型
- ジェネレータ関数作成時には要素数は確定しておらず、他から要素を与えられて初めて確定する
- リスト内包表記での記述も可能

>>> def word(data):
...     for s in data:
...         yield s
...
>>> for one_word in word("sports"):
...     print(one_word)
...
s
p
o
r
t
s
>>> type(word)
<class 'function'>
>>> f = word("sports")
>>> type(f)
<class 'generator'>

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Python3エンジニア認定基礎試験（7章～9章）

7章 入出力

7.1 入力と出力

7.2 input()関数

7.3 print()関数、sys.stdout.write()

7.4 標準出力のプロセス

7.5 str()関数、repr()関数

7.6 stringモジュール

7.7 文字列のフォーマット

7.8 ファイルオブジェクト

7.9 ファイルオブジェクトのメソッド

7.10 jsonファイルの操作

8章 エラーと例外

8.1 構文エラーと例外

8.2 例外処理

8.3 例外の強制発生

8.4 クリーンアップ動作

8.5 例外処理における役割分担

9章 クラス

9.1 クラス、インスタンス、オブジェクト、メソッド

9.2 インスタンス変数とクラス変数

9.3 継承

9.4 プライベートメソッド・プライベート変数

9.5 イテレータ・ジェネレータ

7章入出力

8章エラーと例外

9章クラス