Pythonプログラミングの世界

Pythonの変数スコープ完全ガイド｜LEGBルール・global・nonlocalを徹底解説！

関数・クラス・構造
目次

1. はじめに：Pythonの変数スコープとは？

Pythonを学習していると、「変数のスコープ（Scope）」という概念に直面することがあります。スコープとは、変数がアクセス可能な範囲を指し、正しく理解していないと予期せぬエラーやバグの原因になります。 たとえば、次のコードを見てみましょう。
def my_function():
    x = 10  # この変数 x は関数内でのみ有効

print(x)  # NameError: name 'x' is not defined
このコードでは、関数 my_function 内で定義された変数 x を関数外で参照しようとしてエラーが発生しています。これは、x が「ローカルスコープ」に属しているため、関数の外では存在しないとみなされるからです。 この記事では、Pythonの変数スコープの基本から、応用的な使い方、エラーの回避方法までを詳しく解説します。スコープを正しく理解し、適切に管理できるようになりましょう。
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2. 変数スコープの基本

2.1 変数スコープとは？

変数スコープとは、変数が有効な範囲を指す概念です。Pythonでは、変数がどこで定義されたかによって、その変数を参照できる範囲が決まります。 たとえば、関数内で定義された変数は、その関数の外からはアクセスできません。逆に、モジュールレベルで定義された変数は、スクリプト全体で利用可能です。

2.2 なぜスコープを理解する必要があるのか？

変数スコープを適切に管理しないと、以下のような問題が発生する可能性があります。
  • 意図しない変数の上書き 異なるスコープで同じ名前の変数を使用すると、予期しないバグにつながる可能性があります。
  • 変数が見つからない（NameError） 変数のスコープを理解せずにアクセスしようとすると、NameError が発生することがあります。
  • コードの可読性が低下する グローバルスコープの変数を多用すると、コードの意図が不明確になり、デバッグが困難になります。

2.3 Pythonのスコープの基本ルール

Pythonにおけるスコープのルールを理解するために、以下のポイントを押さえておきましょう。
  1. 関数内で定義された変数は、その関数内でのみ有効（ローカルスコープ）
  2. 関数の外で定義された変数は、スクリプト全体で参照可能（グローバルスコープ）
  3. Pythonには「LEGBルール」というスコープの検索順序がある
  4. グローバル変数を関数内で変更するには global キーワードを使う
  5. ネストされた関数で外側の変数を変更するには nonlocal キーワードを使う
このように、Pythonではスコープを適切に管理することで、予期せぬバグを防ぎ、効率的にコードを書くことができます。
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3. Pythonのスコープの種類と実例

Pythonの変数スコープには、大きく分けて 4つの種類 があります。それぞれのスコープを理解し、適切に変数を管理することが、バグのないコードを書くための重要なポイントとなります。
  • ローカルスコープ（Local Scope）
  • エンクロージングスコープ（Enclosing Scope）
  • グローバルスコープ（Global Scope）
  • ビルトインスコープ（Built-in Scope）
このセクションでは、各スコープについて具体例を交えて詳しく解説していきます。

3.1 ローカルスコープ（Local Scope）

ローカルスコープとは、関数の内部で定義された変数が持つスコープ です。ローカルスコープの変数は、その関数の内部でのみ有効であり、関数の外からはアクセスできません。

ローカルスコープの具体例

def my_function():
    x = 10  # x はこの関数のローカル変数
    print(x)  # これは問題なく動作する

my_function()
print(x)  # NameError: name 'x' is not defined
解説： 関数 my_function 内で定義された x は、関数が実行されている間のみ有効です。関数の外から x にアクセスしようとすると、NameError が発生します。

3.2 エンクロージングスコープ（Enclosing Scope）

エンクロージングスコープとは、ネストされた（入れ子になった）関数の外側の関数スコープ のことを指します。内側の関数（子関数）は、外側の関数（親関数）の変数にアクセスできます。

エンクロージングスコープの具体例

def outer_function():
    y = 20  # 親関数のスコープ内の変数

    def inner_function():
        print(y)  # 子関数内で親関数の変数を参照できる

    inner_function()

outer_function()
解説： inner_function 内では、outer_function の変数 y を参照することができます。

3.3 グローバルスコープ（Global Scope）

グローバルスコープとは、スクリプト全体（モジュール全体）で有効な変数のスコープ です。関数の外で定義された変数は、スクリプト内のどこからでも参照できます。

グローバルスコープの具体例

z = 30  # グローバル変数

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

my_function()
print(z)  # どこでも参照可能

3.4 ビルトインスコープ（Built-in Scope）

ビルトインスコープとは、Pythonが最初から提供している組み込み関数や変数のスコープ です。print() や len() などの関数がこれに該当します。

ビルトインスコープの具体例

print(len([1, 2, 3]))  # 出力: 3
解説： print や len はPythonの組み込み関数であり、どのスコープからでも利用可能です。

3.5 4つのスコープのまとめ

スコープ名説明例
ローカルスコープ関数内でのみ有効な変数関数内の変数
エンクロージングスコープ外側の関数の変数を参照可能ネストされた関数の変数
グローバルスコープスクリプト全体で参照可能な変数global 変数
ビルトインスコープPythonの組み込み関数・変数print(), len()
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4. 変数のスコープの検索順（LEGBルール）

Pythonでは、変数を参照するときに特定のルールに従って変数を検索します。このルールは LEGB（Local, Enclosing, Global, Built-in）ルール と呼ばれ、次の順番で変数を探索します。
  1. L（Local）ローカルスコープ – 現在の関数内で定義された変数
  2. E（Enclosing）エンクロージングスコープ – 外側の関数（ネストされた関数）の変数
  3. G（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
  4. B（Built-in）ビルトインスコープ – Pythonが最初から提供する組み込み関数・変数
このルールを理解することで、Pythonがどのように変数を解決するのかを予測でき、エラーを回避しやすくなります。

4.1 LEGBルールの具体例

x = "グローバル変数"  # G（Global）

def outer_function():
    x = "エンクロージング変数"  # E（Enclosing）

    def inner_function():
        x = "ローカル変数"  # L（Local）
        print(x)  # LEGBルールにより、最も内側の x を参照

    inner_function()

outer_function()
print(x)  # グローバルスコープの x を参照

実行結果

ローカル変数
グローバル変数

4.2 グローバルスコープの影響

グローバル変数をローカルスコープ内で変更しようとすると、LEGBルールの影響で UnboundLocalError が発生する場合があります。

グローバル変数をローカルで変更しようとするとエラー

x = 10  # グローバル変数

def update_x():
    x += 1  # エラー発生
    print(x)

update_x()

エラー内容

UnboundLocalError: local variable 'x' referenced before assignment

解決策：global キーワードを使用

x = 10  # グローバル変数

def update_x():
    global x  # グローバル変数を明示的に指定
    x += 1
    print(x)

update_x()  # 出力: 11

4.3 nonlocal を使ったスコープの変更

LEGBルールの E（Enclosing）エンクロージングスコープ にある変数を変更したい場合は、nonlocal キーワードを使用します。

nonlocal の具体例

def outer_function():
    count = 0  # 外側の関数の変数

    def inner_function():
        nonlocal count  # 外側の関数の変数を参照
        count += 1
        print(count)

    inner_function()
    print(f"最終的なカウント: {count}")

outer_function()

実行結果

1
最終的なカウント: 1

4.4 組み込み関数（Built-in Scope）の検索

Pythonには、print() や len() などの組み込み関数があり、これは 最も外側のスコープ（Built-in） に属します。

組み込み関数を上書きする例

sum = 100  # `sum()` は組み込み関数だが、変数として上書きしてしまった

print(sum([1, 2, 3]))  # TypeError: 'int' object is not callable

解決策：組み込み関数を上書きしない

del sum  # 上書きを解除
print(sum([1, 2, 3]))  # 正常に動作

4.5 LEGBルールのまとめ

スコープ説明例
L（Local）関数内で定義された変数def func(): x = 1
E（Enclosing）外側の関数で定義された変数ネストされた関数
G（Global）モジュールレベルで定義された変数x = 10（関数外）
B（Built-in）Pythonの組み込み関数print(), len()
LEGBルールを理解することで、Pythonの変数スコープの仕組みをより深く理解し、エラーを防ぐことができます。
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5. グローバル変数とローカル変数の使い分け

Pythonでは、変数をグローバルスコープに置くか、ローカルスコープに限定するかを適切に管理することが重要です。グローバル変数を乱用すると、コードの可読性が低下し、バグが発生しやすくなります。 このセクションでは、グローバル変数とローカル変数の違いを理解し、どのように使い分けるべきか を詳しく解説します。

5.1 グローバル変数とは？

グローバル変数（Global Variable） とは、関数の外部で定義され、スクリプト全体で参照できる変数のことです。

グローバル変数の具体例

count = 0  # グローバル変数

def increment():
    global count  # グローバル変数を使用
    count += 1

increment()
print(count)  # 出力: 1

5.2 ローカル変数とは？

ローカル変数（Local Variable） とは、関数の内部で定義され、その関数内でのみ有効な変数です。

ローカル変数の具体例

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

my_function()
print(x)  # NameError: name 'x' is not defined

5.3 global キーワードを使うべきケース

通常、グローバル変数の使用は最小限に抑えるべき ですが、特定のケースでは global キーワードを使用することが適切な場合があります。

適切なケース

  • 設定値や定数を管理する場合
  • 複数の関数で同じ変数を共有する必要がある場合

具体例：設定値を管理

MAX_USERS = 100  # グローバル変数（定数として扱う）

def print_max_users():
    print(f"最大ユーザー数: {MAX_USERS}")

print_max_users()  # 出力: 最大ユーザー数: 100

5.4 global を使わずに変数を管理する方法

グローバル変数を使う代わりに、関数の引数と戻り値を活用することで、より安全にデータを管理できます。

関数の引数と戻り値を使う

def increment(value):
    return value + 1

counter = 0
counter = increment(counter)  # 関数の戻り値を代入
print(counter)  # 出力: 1

5.5 グローバル変数とローカル変数の使い分けまとめ

項目グローバル変数ローカル変数
定義場所関数の外部関数の内部
アクセス範囲スクリプト全体で参照可能定義された関数内のみ
変更の影響全ての関数に影響を与える可能性あり影響範囲が限定される
メリットどこからでもアクセス可能関数の独立性が高い
デメリット変更が追跡しにくい関数外で使いづらい
推奨される使い方定数や設定値の管理できるだけローカル変数を利用
✅ グローバル変数の使用を最小限にし、ローカル変数を活用するのがベストプラクティス。 ✅ データを関数間で受け渡す場合は、関数の引数・戻り値を活用するのが望ましい。
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6. ネストされた関数と nonlocal キーワード

Pythonでは、関数の中に別の関数を定義することができます。これを ネスト（入れ子）された関数 と呼びます。ネストされた関数を適切に使うことで、コードの構造を整理し、スコープをより細かく管理することができます。 また、ネストされた関数の中で外側の関数の変数を変更したい場合、nonlocal キーワード を使用する必要があります。このセクションでは、nonlocal の役割と使い方について詳しく解説します。

6.1 ネストされた関数とは？

ネストされた関数（Nested Function） とは、関数の内部に別の関数を定義することを指します。

ネストされた関数の具体例

def outer_function():
    def inner_function():
        print("これは内側の関数です")

    inner_function()  # 外側の関数の中で内側の関数を呼び出す

outer_function()  # 出力: これは内側の関数です

6.2 nonlocal を使って外側の関数の変数を変更

通常、内側の関数から外側の関数の変数を変更しようとすると、エラーが発生します。

エラーが発生する例

def outer_function():
    count = 0  # 外側の関数の変数

    def inner_function():
        count += 1  # エラー発生
        print(count)

    inner_function()

outer_function()

解決策：nonlocal キーワードを使用

def outer_function():
    count = 0  # 外側の関数の変数

    def inner_function():
        nonlocal count  # 外側の関数の変数を参照
        count += 1
        print(count)

    inner_function()
    print(count)  # `inner_function` 内で変更された count が反映される

outer_function()

実行結果

1
1

6.3 global と nonlocal の違い

キーワード影響を与えるスコープ具体的な用途
globalモジュール全体のグローバル変数関数内からグローバル変数を変更する
nonlocal外側の関数の変数（エンクロージングスコープ）ネストされた関数内で外側の関数の変数を変更する

global を使った例

count = 0  # グローバル変数

def increment():
    global count  # グローバル変数を変更
    count += 1

increment()
print(count)  # 出力: 1

nonlocal を使った例

def outer():
    count = 0  # エンクロージングスコープの変数

    def inner():
        nonlocal count  # 外側の関数の変数を変更
        count += 1

    inner()
    print(count)  # 出力: 1

outer()
✅ global は関数内からグローバル変数を変更するときに使用する。 ✅ nonlocal はネストされた関数内で外側の変数を変更するときに使用する。
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7. スコープに関する一般的なエラーとその対処法

Pythonのスコープを適切に理解していないと、「変数が見つからない」「意図しない値の変更」「スコープの誤用によるエラー」 などの問題が発生することがあります。 このセクションでは、スコープに関連する一般的なエラーの原因と、その対処法 について解説します。

7.1 UnboundLocalError: 変数の参照前に代入

エラーの発生例

count = 0  # グローバル変数

def increment():
    count += 1  # ここでエラー発生
    print(count)

increment()

エラー内容

UnboundLocalError: local variable 'count' referenced before assignment

解決策 ①：global キーワードを使用

count = 0  # グローバル変数

def increment():
    global count  # グローバル変数を明示
    count += 1
    print(count)

increment()  # 出力: 1

解決策 ②：関数の引数を使う

def increment(count):
    return count + 1

count = 0
count = increment(count)
print(count)  # 出力: 1

7.2 NameError: 変数が定義されていない

エラーの発生例

def print_message():
    print(message)  # ここでエラー発生

print_message()

エラー内容

NameError: name 'message' is not defined

解決策

関数内で変数を定義するか、引数として受け取る方法を使います。
def print_message(message):
    print(message)

print_message("こんにちは")  # 出力: こんにちは

7.3 TypeError: 組み込み関数と同じ名前の変数

Pythonの組み込み関数と同じ名前の変数を定義してしまうと、関数を呼び出したときに TypeError が発生することがあります。

エラーの発生例

sum = 100  # 組み込み関数 `sum()` と同じ名前の変数

print(sum([1, 2, 3]))  # ここでエラー発生

エラー内容

TypeError: 'int' object is not callable

解決策

  1. 変数名を変更する
total = 100  # `sum` の代わりに `total` を使用
print(sum([1, 2, 3]))  # 正常に動作
  1. 組み込み関数を上書きしてしまった場合、削除する
sum = 100
del sum  # 上書きを解除

print(sum([1, 2, 3]))  # 正常に動作

7.4 スコープ関連のエラーを防ぐためのベストプラクティス

✅ 可能な限りローカル変数を使用する（スコープを限定することで予期しない変更を防ぐ） ✅ 関数内でグローバル変数を変更しない（global は極力使わず、引数と戻り値で管理する） ✅ 組み込み関数と同じ名前の変数を使っていないか確認する ✅ 変数のスコープを意識し、適切なスコープを選択する
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8. スコープを適切に管理するコツ

Pythonのスコープを適切に管理することは、コードの可読性を向上させ、バグを防ぐ ために非常に重要です。特に、グローバル変数の乱用や不適切なスコープ管理 は、意図しない挙動やデバッグの困難さを引き起こします。 このセクションでは、スコープを適切に管理するための実践的なコツを紹介します。

8.1 グローバル変数を極力減らす

グローバル変数は どこからでもアクセスできる ため、意図しない値の変更が発生しやすくなります。そのため、グローバル変数の使用を最小限に抑える ことが推奨されます。

悪い例（グローバル変数の乱用）

counter = 0  # グローバル変数

def increment():
    global counter  # グローバル変数を変更
    counter += 1

increment()
print(counter)  # 出力: 1

良い例（関数の引数と戻り値を活用）

def increment(value):
    return value + 1

counter = 0
counter = increment(counter)
print(counter)  # 出力: 1

8.2 関数のスコープを明確にする

関数のスコープを適切に管理すると、変数の影響範囲を限定でき、意図しない変更を防ぐことができます。

良い例（ローカルスコープを活用）

def calculate_square(number):
    result = number ** 2  # ローカル変数
    return result

print(calculate_square(4))  # 出力: 16

8.3 global と nonlocal の適切な使い方

global を使うべきケース

  • 設定値や定数を管理するとき
  • 状態を保持する変数（例: シングルトンパターン）
MAX_USERS = 100  # グローバル変数（定数として扱う）

def get_max_users():
    return MAX_USERS

print(get_max_users())  # 出力: 100

nonlocal を使うべきケース

  • ネストされた関数内で、外側の変数を変更するとき
def outer():
    count = 0  # 外側の関数の変数

    def inner():
        nonlocal count  # 外側の変数を変更
        count += 1
        print(count)

    inner()

outer()  # 出力: 1

8.4 スコープ管理のためのチェックリスト

✅ 関数内で完結する変数は、グローバル変数を使わずにローカル変数を活用しているか？ ✅ グローバル変数を使う場合、本当に必要なケースか？（設定値や定数など） ✅ 関数間でデータを受け渡す場合、グローバル変数ではなく引数と戻り値を利用しているか？ ✅ global や nonlocal の使用が適切か？（無駄に使っていないか？） ✅ 組み込み関数と同じ名前の変数を使っていないか？ ✅ 変数のスコープを意識してコードを設計しているか？ このチェックリストを活用することで、スコープの問題を未然に防ぎ、より安全でメンテナンスしやすいコードを書くことができます。
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9. FAQ（よくある質問と回答）

このセクションでは、Pythonの変数スコープに関するよくある質問 をまとめました。 スコープの誤解を解消し、より実践的な理解を深める ためのQ&A形式で解説します。

9.1 global を使わずにグローバル変数を管理する方法は？

A: 関数の引数と戻り値を使うことで、グローバル変数を変更せずに済みます。

def increment(value):
    return value + 1

count = 10
count = increment(count)
print(count)  # 出力: 11
✅ この方法を使うことで、関数が独立し、再利用性が向上します。

9.2 nonlocal と global の違いは？

A: nonlocal はエンクロージングスコープの変数を変更するためのものです。

キーワード影響を与えるスコープ具体的な用途
globalグローバル変数モジュールレベルの変数を変更する
nonlocal外側の関数の変数（エンクロージングスコープ）ネストされた関数の変数を変更する

nonlocal の使用例

def outer():
    count = 0  # 外側の関数の変数

    def inner():
        nonlocal count  # 外側の変数を変更
        count += 1

    inner()
    print(count)  # 出力: 1

outer()

9.3 LEGBルール とは？

A: 変数の検索順序を示すルールです。

  1. L（Local）: 関数内で定義された変数
  2. E（Enclosing）: ネストされた関数の外側の変数
  3. G（Global）: グローバルスコープの変数
  4. B（Built-in）: Pythonの組み込み関数

LEGBルールの例

x = "グローバル変数"  # G

def outer():
    x = "エンクロージング変数"  # E

    def inner():
        x = "ローカル変数"  # L
        print(x)  # LEGBルールにより、最も内側の x を参照

    inner()

outer()
print(x)  # グローバル変数を参照
✅ LEGBルールを理解すると、Pythonの変数スコープの仕組みが分かる。
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10. まとめ

本記事では、Pythonの 変数スコープ について詳しく解説しました。スコープを理解し適切に管理することで、バグを防ぎ、可読性の高いコードを書くことが可能 になります。

10.1 Pythonのスコープの基本

✅ スコープとは？
  • 変数がアクセス可能な範囲を決めるルールのこと。
  • ローカルスコープ（関数内）とグローバルスコープ（関数外） が基本。
✅ なぜスコープを理解する必要があるのか？
  • 意図しない変数の上書きを防ぐ。
  • 変数が見つからないエラー（NameError など）を回避できる。
  • コードの可読性を向上させ、デバッグを容易にする。

10.2 Pythonのスコープの種類

Pythonには 4種類のスコープ が存在し、LEGBルール に基づいて変数が検索されます。
スコープ説明例
L（Local）関数内で定義された変数def func(): x = 1
E（Enclosing）外側の関数で定義された変数ネストされた関数
G（Global）スクリプト全体で参照可能な変数x = 10（関数外）
B（Built-in）Pythonの組み込み関数・変数print(), len()

10.3 global と nonlocal の正しい使い方

✅ global を使うべきケース
  • 定数や設定値を管理する場合
  • 複数の関数で共通の変数を使用する場合
✅ nonlocal を使うべきケース
  • ネストされた関数内で外側の変数を変更したい場合

10.4 スコープ管理のベストプラクティス

✅ グローバル変数の使用を最小限にし、ローカル変数を優先する。 ✅ 関数間でデータを共有する場合は、引数と戻り値を使うのがベストプラクティス。 ✅ スコープのルール（LEGB）を理解し、変数の検索順序を意識する。

10.5 最後に

スコープの正しい理解と管理は、Pythonプログラミングのスキルを向上させるために不可欠です。特に、「グローバル変数を乱用しない」「関数のスコープを明確にする」 ことを意識すると、より良いコードが書けるようになります。 Pythonのスコープをマスターし、より安全でメンテナンスしやすいコードを書くことを目指しましょう！ 🚀
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