自分だけの機能を作る：関数の定義

Pythonを使ったプログラミングでは、重複する処理をまとめて管理する方法として「関数（function）」を定義するのが非常に重要です。コードが複雑になってきたり、同じような処理を繰り返し書く必要が出てきたときに、自分だけの関数を作って呼び出すことで、保守性・可読性を高められます。この記事では、改めて関数の定義方法や使い方について詳しく解説していきます。初心者の方にもわかりやすいように、実際にコード例を示しながら説明しますので、ぜひ最後まで読んでみてください。

なぜ関数を定義する必要があるのか

プログラムが短いうちは同じ処理を繰り返し書いても、そこまで問題にならないかもしれません。しかし、プログラムが大きくなるにつれて、同じ処理をあちこちで書き直すと、以下のような問題が生じます。

同じ修正を複数箇所に適用しなければならず、手間が増える
修正し忘れが発生して、プログラムの不具合につながる
コードの行数が増え、可読性が低下する

こうした問題を防ぐために、共通する処理は関数としてまとめるのが基本的なプログラミングの考え方です。関数にしておくと、修正が必要になったときに関数内部だけを直せばよく、他の箇所はそのまま呼び出すだけで済みます。これによって保守コストが大幅に下がり、コードの見通しも良くなります。

関数を定義する基本構文

Pythonでは、defキーワードを使って関数を定義します。最も基本的な構文は以下のとおりです。


def 関数名(引数1, 引数2, ...):
    "関数の説明など（ドキュメンテーション文字列）"
    処理
    return 戻り値

関数を定義する際に押さえておきたいポイントは、以下の通りです。

def の後に関数名を記述する。関数名には基本的に小文字を使い、単語の区切りはアンダースコア(_)でつなぐことが多い（例：calculate_sum）。
( )の中には必要な引数（パラメータ）を列挙する。引数がなければ空にしておく。
関数の中はインデント（字下げ）を使って処理を書く。Pythonではインデントが非常に重要なので注意。
必要に応じて return で戻り値を返す。処理結果を受け取って後続の処理に活用したい場合に利用する。

まずは簡単な例として、挨拶を表示する関数を作ってみましょう。


def greet():
    "挨拶を表示するだけの関数"
    print("こんにちは、Pythonの世界へようこそ!")

このように関数greetを定義しておくと、後はプログラム内の任意の場所でgreet()と書くだけで、同じ挨拶文を表示させることが可能になります。一度作ってしまえば再利用が簡単という点が関数の大きな魅力です。

引数と戻り値を使って柔軟な関数を作る

先ほどの関数は挨拶メッセージを表示するだけで、あまり汎用性は高くありません。処理をもう少し高度にするなら、引数や戻り値を活用しましょう。

引数を使うと、以下のように呼び出し時に与えられた値によって関数の動きを変えることができます。


def greet_person(name):
    "指定した名前に合わせて挨拶を表示する"
    print(f"こんにちは、{name}さん！")

この関数を呼び出す際にgreet_person("山田")のように名前を渡せば、その名前を組み込んだ挨拶を表示してくれます。これは非常に便利で、汎用性の高いコードを書くうえで欠かせない機能です。

また、returnを使えば計算結果などを呼び出し元に返すことが可能です。例えば、引数として渡された2つの数値を足し算する関数を考えてみましょう。


def add_numbers(a, b):
    "2つの数値を足し算して結果を返す"
    result = a + b
    return result

sum_value = add_numbers(5, 7)
print(sum_value)  # 結果: 12

この場合、関数add_numbersの中で計算されたresultがreturnによって戻り値として呼び出し元に返されます。sum_valueはadd_numbers(5, 7)の戻り値（足し算の結果）を受け取っているので、後続の処理でもsum_valueを使っていけるわけです。

関数を使うメリット

関数を定義しておくと、プログラムを書くうえで以下のメリットがあります。

可読性の向上: 同じ処理がどこで何度行われているかを意識せずに済み、コードを俯瞰しやすくなる
保守性の向上: 変更が必要になった場合でも関数内部を修正するだけでよい
再利用性の向上: 一度定義した関数は他のプロジェクトでも流用しやすい
デバッグが容易: 問題が発生したときに、原因箇所を関数単位で切り分けやすい

引数のデフォルト値と可変長引数

もう少し進んだ使い方として、引数にデフォルト値を設定する方法も紹介します。例えば、ユーザー名を受け取って挨拶する際、名前が指定されなかった場合は「ゲスト」と表示するようにしたいとします。こんなときは以下のように書けます。


def greet_user(name="ゲスト"):
    "ユーザー名が指定されなければゲストと挨拶する"
    print(f"こんにちは、{name}さん！")

greet_user()        # こんにちは、ゲストさん！
greet_user("田中")  # こんにちは、田中さん！

このように引数名の後に=をつけて値を設定すると、呼び出し側がその引数を省略した場合にデフォルト値が使われます。柔軟性が上がるだけでなく、呼び出す際のコード量を減らせることも大きな利点です。

また、引数の数が事前に定まっていない場合は、可変長引数（*args や **kwargs）を使って対応できます。例えば、足し算したい数の数が変動するようなケースでは以下のように書けます。


def add_all(*numbers):
    "与えられたすべての数値を足し算して返す"
    total = 0
    for num in numbers:
        total += num
    return total

print(add_all(1, 2, 3))      # 6
print(add_all(5, 10, 15, 20)) # 50

*numbersによって、呼び出し時に渡された引数がタプルとして関数内に取り込まれます。これにより、呼び出す側では好きなだけ引数を渡すことが可能です。