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Pythonの参照渡しについて解説: エクスパートによる簡単な使用方法

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Pythonにおける参照渡し：背景とベストプラクティス

Pythonの関数引数の扱い方には、他のプログラミング言語に慣れている場合、特に予想通りに引数が変更されないケースがあるかもしれません。一部の言語では、関数引数を既存の変数への「参照」として扱うため、これは「参照渡し（pass by reference）」として知られています。他の言語では、それらを「独立した値」として扱い、これは「値渡し（pass by value）」として知られています。

もしPythonの中級プログラマであり、Pythonの関数引数の扱い方について理解したい場合は、このチュートリアルをご覧ください。Pythonで参照渡しのコンセプトを具体的な使用例とともに実装し、関数引数に関する落とし穴を回避するためのいくつかのベストプラクティスを学びます。

このチュートリアルでは以下のことを学びます：

  • 「参照渡し」とは何か、なぜ参照渡しを行いたいのか
  • 「参照渡し」と「値渡し」、およびPythonのユニークなアプローチの違い
  • Pythonにおける関数引数の挙動について理解する
  • Pythonで参照渡しを実現するための特定の「可変な型」の使用方法
  • Pythonで参照渡しを再現するためのベストプラクティス

参照渡しの定義

参照渡しについての技術的な詳細に入る前に、この用語自体を詳しく見てみることが役立ちます。以下のコンポーネントに分解することで、その意味をよりよく理解できます：

  • 「Pass」は、関数に引数を提供することを意味します。
  • 「By reference」は、関数に渡す引数が、既存の変数への「参照」であり、その変数の独立したコピーではないことを意味します。

関数に既存の変数への参照を提供するため、この参照に対して行われるすべての操作は、参照先の変数に直接影響を与えます。これが実際にどのように機能するか、いくつかの例を見てみましょう。

以下では、C#で変数を参照渡しする方法を示しています。強調された行でのrefキーワードの使用に注意してください。

using System;


class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        int arg;


        https://codemdd.io/ 参照渡し
        ChangeNumber(ref arg);
        Console.WriteLine(arg);  https://codemdd.io/ 出力: 42
    }


    static void ChangeNumber(ref int number)
    {
        number = 42;
    }
}

上記の例では、関数ChangeNumberに変数argへの参照を渡しています。ChangeNumber関数の実行により、argの値が42に変更されます。Main関数内でargの値を出力すると、42が表示されます。

参照渡しと値渡しの対比

参照渡しと値渡しの違いを明確にするために、それぞれのアプローチを比較してみましょう。

値渡し

値渡しは、引数の値を関数に渡す方法です。値渡しでは、関数内で引数の値を変更しても、元の変数には影響を与えません。以下の例を見てみましょう。

def change_number(number):
    number = 42


arg = 0
change_number(arg)
print(arg)  # 出力: 0

上記の例では、change_number関数に変数argの値を渡していますが、関数内でnumberの値を変更しても、元の変数argは影響を受けません。argの値は、change_number関数の実行後も変更されていません。

参照渡し

参照渡しは、引数への参照を関数に渡す方法です。参照渡しを使うと、関数内で引数の値を変更すると、元の変数にも変更が反映されます。以下の例を見てみましょう。

def change_number(number):
    number[0] = 42


arg = [0]
change_number(arg)
print(arg[0])  # 出力: 42

上記の例では、change_number関数に変数argの参照を渡しています。change_number関数内でnumberの値を変更すると、元の変数argにも変更が反映されます。arg[0]の値が、change_number関数の実行後に42に変更されています。

Pythonでは、参照渡しを明示的に指定するためのキーワードや構文は提供されていません。しかし、特定の「可変な型」を使うことで参照渡しの効果を得ることができます。以下でそれについて詳しく説明しています。

Pythonでの引数の渡し方

Pythonでは、引数の渡し方は以下のように行います。

Pythonにおける代入の理解

関数内で引数に対して代入を行うと、引数の値が変更されます。ただし、この代入はオブジェクトへの参照の再割り当てではなく、該当するオブジェクトの変更です。

def change_number(number):
    number = 42


arg = 0
change_number(arg)
print(arg)  # 出力: 0

上記の例では、change_number関数内で引数numberに新しい値42を代入していますが、元の変数argには影響を与えません。これは、代入によってnumberが新しいオブジェクトを参照するようになったためです。

関数の引数の探索

関数が呼び出されるとき、引数は関数のスコープ内で新しい変数に割り当てられます。この新しい変数は関数内で使用され、関数のスコープを超えることはありません。

def change_number(number):
    number[0] = 42


arg = [0]
change_number(arg)
print(arg[0])  # 出力: 42

上記の例では、change_number関数に変数argを引数として渡しています。関数内での操作は元の変数argにも影響を与えます。

このような場合、渡された変数の中身を変更することで、元の変数も変更されることに注意してください。これは、可変なデータ型（リストや辞書など）が参照渡しの効果を持つためです。

Pythonで参照渡しを再現する方法

Pythonでは、参照渡しを明示的に指定するためのキーワードや構文はありません。しかし、いくつかのベストプラクティスを使用することで、参照渡しの効果を再現することができます。以下にいくつかのベストプラクティスを紹介します。

ベストプラクティス：返り値と再割り当て

関数が複数の値を返す場合、それらの値をリストやタプルなどのコンテナオブジェクトにまとめて返すことができます。返されたコンテナオブジェクト内の値を変更することで、元の変数にも変更が反映されます。

def change_numbers():
    return [0, 1, 2]


arg = change_numbers()
arg[0] = 42
print(arg)  # 出力: [42, 1, 2]

上記の例では、関数change_numbersがコンテナオブジェクト（リスト）を返しています。返されたリスト内の値を変更すると、元の変数argにも変更が反映されます。

ベストプラクティス：オブジェクト属性の使用

オブジェクトの属性は、オブジェクト自体の参照として扱われるため、オブジェクト属性を変更すると元のオブジェクトにも変更が反映されます。

class Number:
    def __init__(self, value):
        self.value = value


def change_number(number):
    number.value = 42


arg = Number(0)
change_number(arg)
print(arg.value)  # 出力: 42

上記の例では、クラスNumberのインスタンスを作成し、それを関数change_numberに渡しています。change_number関数内で、インスタンスのvalue属性を変更します。この変更が元のインスタンスにも反映されているため、arg.valueの値は42に変更されています。

ベストプラクティス：辞書やリストの使用

辞書やリストなどの可変なコンテナ型は、参照渡しの効果を持つため、値を変更すると元の変数にも変更が反映されます。

def change_numbers(numbers):
    numbers[0] = 42


arg = [0, 1, 2]
change_numbers(arg)
print(arg)  # 出力: [42, 1, 2]

上記の例では、関数change_numbersにリストargを渡しています。change_numbers関数内でリストの値を変更すると、元の変数argにも変更が反映されます。

このような場合、渡されたコンテナオブジェクトの中身を変更することで、元の変数も変更されることに注意してください。

結論

Pythonでは、明示的に参照渡しを指定する方法は提供されていませんが、特定のベストプラクティスを使用することで、参照渡しと同様の効果を再現することができます。関数の引数の扱い方についてより深く理解するには、実際のコードやデータ構造を使って実際に試してみることが重要です。

以上がPythonでの参照渡しについての背景とベストプラクティスの解説です。関数引数の扱いに関して思わぬ結果が出ることがある場合は、この知識を活用して問題を解決することができるでしょう。