ローカル変数とグローバル変数の違いを理解しよう

プログラミングにおいて「変数」は非常に基本的な概念です。Pythonでも、さまざまな場所で変数を使ってデータを扱いますが、その変数がどこで「定義」され、どこから「アクセスできるか」を理解することは重要です。これを「スコープ（有効範囲）」と呼び、特にPythonではローカル変数とグローバル変数の2種類が大きな役割を果たします。

この記事では、関数内で作られる変数（ローカル変数）と関数外にある変数（グローバル変数）の違いを初心者の方にも分かりやすく解説し、その使い分けや注意点について学んでいきましょう。

ローカル変数とは？

ローカル変数とは、関数やメソッドの内部で定義され、関数の処理が行われている間だけ有効になる変数です。具体的には以下のように、defで始まる関数の中で代入を行うと、その変数は原則として関数内でのみアクセスできます。


def greet():
    message = "こんにちは"
    print(message)

greet()
# "こんにちは" と出力される

上記の例では、messageという変数は関数 greet() の中で定義されています。したがって、関数の外に出た時点で message という名前は利用できなくなります。もし関数の外で print(message) と書いても、エラー（NameError）が発生するでしょう。

ローカル変数は、同じプログラム内にあっても他の関数からは直接触れられないため、データをカプセル化して安全に管理できます。これにより、予期せぬ値の変更や参照のバグを防ぐ効果があるのです。

グローバル変数とは？

一方、グローバル変数は、プログラム全体（モジュール全体）で参照できる変数です。関数の外側で宣言した変数は基本的にグローバル変数とみなされ、複数の関数で共通して利用できます。


message = "やあ、Python！"  # グローバル変数

def greet():
    print(message)

def farewell():
    print("さようなら:", message)

greet()     # "やあ、Python！" が出力される
farewell()  # "さようなら: やあ、Python！" が出力される

この例では、message という変数は関数の外で定義されています。よって、どの関数からでも読み取り専用でアクセスできます。複数の関数が同じデータにアクセスしたい場合には便利ですが、変数を上書きすると他の箇所にも影響が及ぶ可能性があるため、注意して使用する必要があります。

グローバル変数を書き換える方法と注意点

関数の内部で、既存のグローバル変数を書き換えるには、global キーワードを使います。ただし、これはプログラムの可読性や保守性を低下させる場合があるため、なるべく必要最小限に留めるべきです。以下は例です。


count = 0  # グローバル変数

def increment():
    global count  # グローバル変数に対する書き込みを宣言
    count += 1
    print("increment後のcount:", count)

increment()  # increment後のcount: 1
increment()  # increment後のcount: 2

このように、count という変数を関数の中で更新する場合は、global count と宣言してあげないと、Pythonは別のローカル変数 count とみなしてしまい、エラーが起きたり期待通りに動かないことがあります。グローバル変数を書き換えることは、意図しない動作を引き起こす危険性が高まるため、本当に必要なときだけに使うのが望ましいです。

ローカル変数とグローバル変数を区別する利点

ローカル変数とグローバル変数をしっかり区別して使うことで、以下のような利点があります。

可読性の向上
どの関数がどのデータを扱っているかが明確になるため、コードを読む人が理解しやすくなります。
バグの発生率低下
グローバル変数をむやみに使うと、意図しない箇所から値が変更される恐れがあります。ローカル変数を中心に設計することで、バグを防ぎやすくなります。
再利用性・保守性の向上
関数内部の変数が外部と独立していると、他のプロジェクトや異なる場面でも流用しやすく、メンテナンスもしやすくなります。

ベストプラクティス：ローカル変数をメインに使う

関数型プログラミングやオブジェクト指向プログラミングにおいて、関数やメソッドの外側からできるだけデータに直接アクセスしないという方針は、システムの拡張や保守を容易にします。Pythonでも同様に、グローバル変数は最小限に抑え、必要に応じて引数や戻り値を活用することが推奨されます。

たとえば、以下のように「初期化」と「処理」が分離された関数を用意すると、データの扱いがスコープごとに明確になります。


def initialize_data():
    data = {"count": 0}
    return data

def process_data(data):
    data["count"] += 1
    return data["count"]

# メイン処理
my_data = initialize_data()
print("初期の count:", my_data["count"])  # 0

for _ in range(3):
    current_count = process_data(my_data)
    print("処理後の count:", current_count)

この例では、関数 initialize_data() で作られたローカルなデータ構造を、必要な関数に引数として渡し、処理結果を関数の戻り値で返しています。これにより、グローバル変数を使わなくても複数の関数間で同じデータを扱うことが可能になります。