LEGB規則とPythonの変数スコープ

2025-02-08

Python における変数スコープと名前解決の順序を理解することは、コードの予測可能な動作やバグの防止において非常に重要です。Python では、変数を参照する際に LEGB 規則（Local、Enclosing、Global、Built-in）に従います。この規則を正しく理解することで、スコープの境界を意識した適切なコード設計が可能になります。

LEGB 規則とは？

LEGB は、以下の 4 つのスコープの頭文字を組み合わせたものです：

Local（ローカルスコープ）：現在の関数内で定義された変数。
Enclosing（外側のスコープ）：ネストされた関数の外側の関数で定義された変数。
Global（グローバルスコープ）：モジュールレベルで定義された変数。
Built-in（ビルトインスコープ）：Python に組み込まれた関数や変数。

Python は変数名を解決する際、上記の順序でスコープを検索します。具体的には、まずローカルスコープを検索し、次に外側のスコープ、続いてグローバルスコープ、最後にビルトインスコープの順に検索します。

各スコープの詳細

1. Local（ローカルスコープ）

説明：関数やメソッド内で定義された変数が属します。
特徴：関数の実行中のみ有効で、関数外からはアクセスできません。

例：

def my_function():
    x = 10  # ローカル変数
    print(x)

my_function()  # 出力: 10
print(x)  # エラー: NameError: name 'x' is not defined

上記のコードでは、x は my_function 内のローカル変数であり、関数外からはアクセスできません。

2. Enclosing（外側のスコープ）

説明：ネストされた関数において、内側の関数から見た外側の関数のスコープを指します。
特徴：内側の関数から外側の関数の変数にアクセスできますが、デフォルトでは変更はできません。

例：

def outer_function():
    y = '外側の変数'

    def inner_function():
        print(y)  # 外側の変数にアクセス

    inner_function()

outer_function()  # 出力: 外側の変数

ここでは、inner_function が outer_function 内の変数 y にアクセスしています。

3. Global（グローバルスコープ）

説明：モジュールレベルで定義された変数が属します。
特徴：モジュール内のどこからでもアクセス可能です。

例：

z = 'グローバル変数'

def my_function():
    print(z)  # グローバル変数にアクセス

my_function()  # 出力: グローバル変数

z はグローバル変数であり、my_function 内からアクセスできます。

4. Built-in（ビルトインスコープ）

説明：Python が提供する組み込み関数や例外名が含まれます。
特徴：特別なインポートなしで使用できます。

例：

def my_function():
    print(len([1, 2, 3]))  # 組み込み関数 len を使用

my_function()  # 出力: 3

len はビルトインスコープに属する組み込み関数です。

LEGB 規則の適用例

以下のコードで、変数 a の値がどのように解決されるかを見てみましょう：

a = 'グローバル'

def outer():
    a = '外側'

    def inner():
        a = 'ローカル'
        print(a)

    inner()

outer()

出力：

ローカル

解説：

inner 関数内で a は 'ローカル' として定義されており、ローカルスコープで解決されます。
もし inner 関数内で a が定義されていなければ、次に外側の outer 関数のスコープで a を探します。
それでも見つからなければ、グローバルスコープで a を探します。
最終的に、ビルトインスコープを検索します。

スコープの操作

Python では、特定のキーワードを使用してスコープ内の変数を操作できます。

1. `global` キーワード

説明：関数内でグローバル変数を参照・変更する際に使用します。

例：

x = 5

def my_function():
    global x
    x = 10

my_function()
print(x)  # 出力: 10

ここでは、global キーワードにより、関数内でグローバル変数 x を直接変更しています。

注意点

global を使用すると、意図せずグローバル変数が変更される可能性があるため、乱用は避けるべきです。

2. `nonlocal` キーワード

説明：ネストされた関数内で、外側の関数のスコープに属する変数を変更する際に使用します。

例：

def outer_function():
    x = '外側の変数'

    def inner_function():
        nonlocal x
        x = '変更された外側の変数'

    inner_function()
    print(x)

outer_function()  # 出力: 変更された外側の変数

ここでは、nonlocal により、outer_function 内の変数 x を inner_function 内から変更しています。

注意点

nonlocal は、グローバル変数やローカル変数には使用できません。ローカルでもグローバルでもない変数に対してのみ有効です。

まとめ

Python の変数スコープは LEGB 規則（Local、Enclosing、Global、Built-in）の順に検索されます。
スコープを正しく理解することで、意図しない変数の上書きやエラーを防ぐことができます。
global と nonlocal キーワードを使うことで、スコープのルールを一部変更できますが、使用には注意が必要です。