目次

第1章 Pythonはどのような言語か

• 1.1 プログラミング言語としての特徴
  • シンプルで読みやすい動的型付き言語
    • インデントによるブロックの表現
    • 教育用プログラミング言語ABCの影響
  • 後方互換性の重視
  • 豊富な標準ライブラリ
  • さまざまな用途での利用
• 1.2 Pythonの歴史と現況
  • Python自体の進化
    • Pythonの誕生
    • Python 2系でメジャーな言語に
    • Python 3系への移行
    • 現在のPythonの状況
  • Pythonを取り巻く環境の変化
• 1.3 Pythonコミュニティの特徴
  • コミュニティ主体のOSS
    • PyCon ── Pythonユーザーが集まるカンファレンス
  • PEPの存在
    • PEP 8：Style Guide for Python Code ── Python標準のスタイルガイド
    • PEP 20：The Zen of Python ── Pythonの設計ガイドライン
    • PEP 257：Docstring Conventions ── ドキュメントの書き方
• 1.4 本章のまとめ

第2章 Pythonのインストールと開発者向けの便利な機能

• 2.1 Pythonのインストール
  • OSにプリインストールされているPython
  • macOSでの利用
    • 公式インストーラを利用したインストール
  • Windowsでの利用
    • 公式インストーラを利用したインストール
  • Ubuntuでの利用
    • APTを利用したインストール
    • そのほかのLinuxでの利用
  • Dockerの利用
    • 公式イメージを利用したPythonの実行
    • スクリプトファイルの実行
• 2.2 Pythonの実行
  • • 本書で利用するpythonコマンド
  • Pythonインタプリタの2つのモード
  • 対話モードのインタプリタ
  • 対話モードの基本的な使い方
  • 対話モードでよく使う組み込み関数
    • type() ── オブジェクトの型を調べる
    • dir() ── オブジェクトの属性を調べる
    • help() ── ヘルプページを表示する
    • Docstringを使ったヘルプページの作成
  • スクリプトの実行
    • モジュールをスクリプトとして実行
  • pythonコマンドとpython3コマンドの違い
• 2.3 本章のまとめ

第3章 制御フロー

• 3.1 基本となる文法
  • インデントによるブロックの表現
    • インデントの幅
    • pass文 ── 何もしないことの宣言
  • 変数の利用
    • 型の宣言がいらない理由
  • コメント
    • コメントとDocstringの違い
• 3.2 条件分岐
  • if文 ── 条件を指定した処理の分岐
    • 真となる値、偽となる値
    • シンプルな条件式
    • if文でよく使う数値の比較
    • if文でよく使うオブジェクトの比較
• 3.3 ループ ── 処理の繰り返し
  • for文 ── 要素の数だけ処理を繰り返す
    • for文でよく使う組み込み関数
    • for文のelse節の挙動
    • for文での変数のスコープ
  • while文 ── 条件を指定した処理の繰り返し
    • while文のelse節の挙動
  • break文 ── ループを抜ける
  • continue文 ── 次のループに移る
• 3.4 例外処理
  • try文 ── 例外の捕捉
    • except節 ── 例外が発生したときのみ実行する
    • else節 ── 例外が発生しなかったときのみ実行する
    • finally節 ── 例外の有無にかかわらず必ず実行する
  • raise文 ── 意図的に例外を発生させる
  • 独自の例外を定義する
  • with文 ── 定義済みのクリーンアップ処理を必ず実行する
• 3.5 本章のまとめ

第4章 データ構造

• 4.1 None ── 値が存在しないことを表現する
  • 条件式でのNoneの利用
• 4.2 真理値 ── 真／偽を扱う
  • bool型 ── 真理値を扱う型
  • ブール演算
    • x or y ── xが真ならx、そうでなければyを返す
    • x and y ── xが真ならy、そうでなければxを返す
    • not x ── xが真ならFalse、そうでなければTrueを返す
• 4.3 数値
  • 数値どうしの演算
  • 数値を扱う組み込み型
    • int型 ── 整数を扱う型
    • float型 ── 浮動小数点数を扱う型
    • complex型 ── 複素数を扱う型
  • 条件式での数値の利用
• 4.4 文字列
  • str型 ── 文字列を扱う型
  • 文字列の演算
  • for文での文字列の挙動
  • 条件式での文字列の利用
  • 文字列内での変数の利用
    • f-string ── 式を埋め込める文字列リテラル
    • format() ── 引数に渡した変数で文字列を置換するメソッド
    • %演算子 ── 一番古い文字列フォーマット
  • str型とよく似たbytes型
    • str.encode()とbytes.decode()を利用した相互変換
    • Python 2系とPython 3系の文字列の違い
• 4.5 配列 ── 要素を1列に並べて扱う
  • list型 ── 可変な配列を扱う型
    • 要素の追加と削除
    • インデックスによる要素へのアクセス
    • スライスによるリストの切り出し
  • tuple型 ── 不変な配列を扱う型
    • タプル作成時の注意点
    • インデックスによる要素へのアクセス
    • スライスによるタプルの切り出し
  • for文での配列の挙動
  • 条件式で使える配列の性質
  • タプルとリストの使い分け
• 4.6 辞書 ── キーと値のセットを扱う
  • dict型 ── 辞書を扱う型
  • 要素の追加と削除
  • キーによる要素へのアクセス
  • キーに使えるオブジェクトの条件
  • for文での辞書の挙動
  • 条件式で使える辞書の性質
• 4.7 集合 ── 一意な要素の集合を扱う
  • set型 ── 可変な集合を扱う型
    • 要素の追加と削除
  • frozenset型 ── 不変な集合を扱う型
  • 集合の演算 ── 和、積、差、対称差
  • for文での集合の挙動
  • 条件式で使える集合の性質
• 4.8 内包表記 ── 効率的なシーケンスの生成
  • リスト内包表記 ── 効率的なリストの生成
    • ネストしたリストの内包表記
    • if文のある内包表記
  • そのほかの内包表記
• 4.9 そのほかの型を表す概念
  • 可変オブジェクト ── 定義後に値を変更できるオブジェクト
  • 不変オブジェクト ── 定義後に値を変更できないオブジェクト
  • コンテナオブジェクト ── ほかのオブジェクトへの参照を持つオブジェクト
  • イテラブルなオブジェクト ── for文で使えるオブジェクト
  • 呼び出し可能オブジェクト ── ()を付けて呼び出せるオブジェクト
• 4.10 本章のまとめ

第5章 関数

• 5.1 関数 ── 関連する処理をまとめる
  • 関数の定義と実行
  • 引数を取る関数
  • 関数はオブジェクト
  • 関数の戻り値
    • returnがない場合の戻り値
  • 関数のさまざまな引数
    • 位置引数 ── 仮引数名を指定しない実引数の受け渡し
    • キーワード引数 ── 仮引数名を指定した実引数の受け渡し
    • デフォルト値のある引数 ── 実引数を省略できる仮引数
    • 可変長の位置引数
    • 可変長のキーワード引数
    • キーワードのみ引数 ── 呼び出し時に仮引数名が必須になる引数
    • 位置のみ引数 ── 呼び出し時に仮引数名を指定できない引数
  • 引数リストのアンパック ── リストや辞書に格納された値を引数に渡す
  • 関数のDocstring
• 5.2 lambda式 ── 無名関数の作成
  • lambda式の定義と実行
  • lambda式の使いどころ
• 5.3 型ヒント ── アノテーションで関数に型情報を付与する
  • 型情報を付与するのメリット
  • 型情報の付与
    • 変数への型情報の付与
  • 型ヒントの活用例 ── 静的解析ツールの利用
• 5.4 本章のまとめ

第6章 クラスとインスタンス

• 6.1 Pythonのクラス機構
  • classキーワードによるクラスの定義
  • インスタンスの作成
• 6.2 インスタンス ── クラスをもとに生成されるオブジェクト
  • インスタンスメソッド ── インスタンスに紐付くメソッド
  • インスタンス変数 ── インスタンスが保持する変数
  • インスタンスの初期化
    • __init__() ── インスタンスの初期化を行う特殊メソッド
    • 引数を渡してインスタンス化する
    • __init__()と__new__()の違い ── イニシャライザとコンストラクタ
    • __new__()の注意点
  • プロパティ ── インスタンスメソッドをインスタンス変数のように扱う
    • property ── 値の取得時に呼び出されるメソッド
    • setter ── 値の設定時に呼び出されるメソッド
  • クラスやインスタンスのプライベートな属性
    • アンダースコアから始まる属性
    • アンダースコア2つから始まる属性
    • プライベートな属性に対するPythonコミュニティの考え方
• 6.3 クラス ── インスタンスのひな型となるオブジェクト
  • クラス変数 ── クラスオブジェクトが保持する変数
    • クラス変数にはインスタンスからも参照可能
  • クラスメソッド ── クラスに紐付くメソッド
  • スタティックメソッド ── 関数のように振る舞うメソッド
• 6.4 クラスの継承
  • メソッドのオーバーライドとsuper()による基底クラスへのアクセス
  • すべてのオブジェクトはobjectクラスのサブクラス
  • 多重継承 ── 複数の基底クラスを指定する
    • 多重継承の注意点
    • 属性__mro__を利用したメソッド解決順序の確認
• 6.5 本章のまとめ

第7章 モジュールとパッケージ、名前空間とスコープ

• 7.1 モジュール ── コードを記述した.pyファイル
  • モジュールの作成
  • モジュールのインポート
  • python3コマンドから直接実行する
    • 引数を取得する
    • 直接実行したときのみ動くコード
    • if __name__ == '__main__':ブロックの意味
    • 変数__name__に格納される値
• 7.2 パッケージ ── モジュールの集合
  • パッケージの作成
  • パッケージ内のモジュールのインポート
    • __init__.py ── パッケージの初期化を行う
    • __init__.pyの便利な使い方
  • import文の比較
    • import文のみを利用したインポート
    • from節を利用して特定の属性をインポートする
    • .を利用した相対インポート
    • ワイルドカードを利用して複数の属性を一括インポートする
    • as節による別名の付与
• 7.3 インポートのしくみ
  • モジュール検索の流れ
  • sys.path ── モジュールの検索パス
    • 検索パスの優先度
  • PYTHONPATH ── sys.pathに検索パスを追加する
• 7.4 名前空間と変数のスコープ
  • 名前空間 ── 名前とオブジェクトのマッピング
    • 名前空間の活用
  • スコープ ── 直接アクセス可能な領域
    • ローカルスコープ ── 関数内に閉じたスコープ
    • グローバルスコープ ── モジュールトップレベルのスコープ
    • ビルトインスコープ ── 組み込みオブジェクトのスコープ
    • エンクロージングスコープ ── 現在のローカルスコープの1つ外側のスコープ
• 7.5 本章のまとめ

第8章 組み込み関数と特殊メソッド

• 8.1 組み込み関数 ── いつでも利用できる関数
  • オブジェクトの型を調べる関数
    • isinstance()、issubclass() ── 動的な型判定
    • callable() ── 呼び出し可能オブジェクトを判定
  • オブジェクトの属性に関する関数
    • hasattr() ── オブジェクトの属性の有無を判定
    • getattr()、setattr()、delattr() ── オブジェクトの属性を操作する
  • イテラブルなオブジェクトを受け取る関数
    • zip() ── 複数のイテラブルの要素を同時に返す
    • sorted() ── イテラブルの要素を並べ替える
    • filter() ── イテラブルの要素を絞り込む
    • map() ── すべての要素に関数を適用する
    • all()、any() ── 真理値を返す
  • そのほかの組み込み関数
• 8.2 特殊メソッド ── Pythonが暗黙的に呼び出す特別なメソッド
  • __str__()、__repr__() ── オブジェクトを文字列で表現する
  • __bool__() ── オブジェクトを真理値で評価する
  • __call__() ── インスタンスを関数のように扱う
  • 属性への動的なアクセス
    • __setattr__() ── 属性への代入で呼び出される
    • __delattr__() ── 属性の削除で呼び出される
    • __getattr__()、__getattribute__() ── 属性アクセスで呼び出される
  • イテラブルなオブジェクトとして振る舞う
    • __iter__() ── イテレータオブジェクトを返す
    • __next__() ── 次の要素を返す
  • コンテナオブジェクトとして振る舞う
    • __getitem__()、__setitem__() ── インデックスやキーによる操作
    • __contains__() ── オブジェクトの有無を判定する
  • そのほかの特殊メソッド
• 8.3 本章のまとめ

第9章 Python特有のさまざまな機能

• 9.1 ジェネレータ ── メモリ効率のよいイテラブルなオブジェクト
  • ジェネレータの具体例
  • ジェネレータの実装
    • ジェネレータ関数 ── 関数のように作成する
    • ジェネレータ式 ── 内包表記を利用して作成する
    • yield from式 ── サブジェネレータへ処理を委譲する
  • ジェネレータを利用する際の注意点
    • len()で利用する場合
    • 複数回利用する場合
  • ジェネレータの実例 ── ファイルの内容を変換する
  • そのほかのユースケース
• 9.2 デコレータ ── 関数やクラスの前後に処理を追加する
  • デコレータの具体例
    • functools.lru_cache() ── 関数の結果をキャッシュする関数デコレータ
    • dataclasses.dataclass() ── よくある処理を自動追加するクラスデコレータ
  • デコレータの実装
    • シンプルなデコレータ
    • 引数を受け取る関数のデコレータ
    • デコレータ自身が引数を受け取るデコレータ
    • 複数のデコレータを同時に利用する
    • functools.wraps()でデコレータの欠点を解消する
  • デコレータの実例 ── 処理時間の計測
  • そのほかのユースケース
• 9.3 コンテキストマネージャー ── with文の前後で処理を実行するオブジェクト
  • コンテキストマネージャーの具体例
  • コンテキストマネージャーの実装
    • __enter__()、__exit__() ── with文の前後に呼ばれるメソッド
    • with文と例外処理
    • asキーワード ── __enter__()の戻り値を利用する
    • contextlib.contextmanagerでシンプルに実装する
  • コンテキストマネージャーの実例 ── 一時的なログレベルの変更
  • そのほかのユースケース
• 9.4 デスクリプタ ── 属性処理をクラスに委譲する
  • デスクリプタの具体例
  • デスクリプタの実装
    • __set__()を実装する ── データデスクリプタ
    • __get__()のみを実装する ── 非データデスクリプタ
  • デスクリプタの実例 ── プロパティのキャッシュ
  • そのほかのユースケース
• 9.5 本章のまとめ

第10章 並行処理

• 10.1 並行処理と並列処理 ── 複数の処理を同時に行う
  • 逐次処理で実行する
  • 並行処理で実行する
  • 並列処理で実行する
  • Pythonと並行処理
    • 並行処理と非同期処理の関係
• 10.2 concurrent.futuresモジュール ── 並行処理のための高水準インタフェース
  • FutureクラスとExecutorクラス ── 非同期処理のカプセル化と実行
  • ThreadPoolExecutorクラス ── スレッドベースの非同期実行
    • スレッドベースの非同期実行が効果的なケース
  • ThreadPoolExecutorクラスを利用したマルチスレッド処理の実例
    • 逐次処理で実装
    • マルチスレッドで実装
    • マルチスレッドの注意点
    • マルチスレッドでの動作に問題がある実装
    • スレッドセーフな実装
  • ProcessPoolExecutorクラス ── プロセスベースの非同期実行
    • プロセスベースの非同期実行が効果的なケース
  • ProcessPoolExecutorクラスを利用したマルチプロセス処理の実例
    • 逐次処理で実装
    • マルチプロセスで実装
    • マルチプロセスの注意点
    • pickle化できるオブジェクトを使う
    • 乱数の取り扱い方
• 10.3 asyncioモジュール ── イベントループを利用した並行処理を行う
  • コルーチン ── 処理の途中で中断、再開する
    • async構文を使ったコルーチンの実装
    • await構文を使ったコルーチンの呼び出しと中断
    • コルーチンの並行実行
  • コルーチンのスケジューリングと実行
    • イベントループ ── asyncioモジュールの中心的な機構
    • タスク ── スケジューリングしたコルーチンをカプセル化
    • 非同期I/O ── イベントループに適したI/O処理
    • 同期I/Oを利用する処理のタスク化
  • asyncioモジュールとHTTP通信
    • aiohttp ── 非同期I/Oを利用するHTTPクライアント兼サーバライブラリ
• 10.4 本章のまとめ

第11章 開発環境とパッケージの管理

• 11.1 仮想環境 ── 隔離されたPython実行環境
  • venv ── 仮想環境作成ツール
    • venvのしくみ
    • 仮想環境の有効化、無効化
    • 仮想環境内でのpythonコマンド
    • 仮想環境内でパッケージを利用する
    • 複数のプロジェクトを並行して開発する
• 11.2 パッケージの利用
  • pip ── パッケージ管理ツール
    • 基本的な使い方
    • パッケージのインストール
    • パッケージのアンインストール
    • PyPI ── Pythonパッケージのリポジトリ
    • ソースコードリポジトリにあるパッケージをインストールする
    • ローカルにあるパッケージをインストールする
    • インストール済みのパッケージをアップデートする
    • 現在のユーザー用にインストールする
  • 環境の保存と再現 ── requirementsファイルの活用
    • 現在の環境の情報をrequirementsファイルに保存する
    • requirementsファイルから環境を再現する
    • 開発環境でのみ利用するパッケージの管理
    • 依存パッケージのアップデート
• 11.3 パッケージの作成
  • setup.py ── パッケージの情報をまとめたファイル
    • パッケージのディレクトリ構成
    • setup.pyの基本
    • PyPIへの登録を考慮する
    • 依存パッケージを考慮する
    • .py以外のファイルを考慮する
  • PyPIへのパッケージの登録
    • PyPIのアカウント作成
    • 配布物の作成
    • 配布物のアップロード
• 11.4 本章のまとめ

第12章 ユニットテスト

• 12.1 ユニットテストの導入
  • 単一モジュールのテスト
    • テスト実行コマンドの簡略化
  • パッケージのテスト
    • ディレクトリ構成
    • サンプルアプリケーションの作成
• 12.2 unittestモジュール ── 標準のユニットテストライブラリ
  • テストケースの実装
    • 前処理、後処理が必要なテストケース
  • テストの実行と結果の確認
    • テスト失敗時の結果
    • テスト失敗時の結果を抑制する
  • 特定のテストのみを実行する
    • テストケースを直接指定
    • テストディスカバリ
• 12.3 unittest.mockモジュール ── モックオブジェクトの利用
  • モックオブジェクトの基本的な使い方
    • 任意の値を返す呼び出し可能オブジェクトとして利用する
    • アサーションメソッドで呼び出され方をテストする
  • patchを使ったオブジェクトの置き換え
  • mockを利用するテストケースの実例
• 12.4 ユースケース別のテストケースの実装
  • 環境依存のテストをスキップする
  • 例外の発生をテストする
  • 違うパラメータで同じテストを繰り返す
  • コンテキストマネージャーをテストする
• 12.5 本章のまとめ

第13章 実践的なPythonアプリケーションの開発

• 13.1 作成するアプリケーション
  • LGTM画像を自動生成するコマンドラインツール
  • 利用する主な外部パッケージ
    • requests ── HTTPクライアントライブラリ
    • Click ── コマンドラインツール作成ライブラリ
    • Pillow ── 画像処理ライブラリ
• 13.2 プロジェクトの作成
  • Gitの利用
    • .gitignoreファイルの作成
    • GitHubでのソースコード管理
  • パッケージのひな型作成
    • lgtmパッケージの作成
    • テストコードの作成
• 13.3 継続的インテグレーションの導入
  • CircleCIでテスト自動化
    • プロジェクトの追加
    • config.ymlの追加
  • テストの実行と結果の確認
• 13.4 アプリケーションの開発
  • コマンドライン引数の取得
    • 画像のソース情報とメッセージを受け取る
    • テストコードの修正
  • 画像の取得
    • ファイルパスから画像を取得するクラスの実装
    • URLから画像を取得するクラスの実装
    • 検索キーワードから画像を取得するクラスの実装
    • 画像を取得するクラスの利用
  • 画像処理
    • 文字列を画像上に描画する最小限の実装例
    • 文字列を中央に最適なサイズで描画する
  • 各処理の呼び出し
• 13.5 コマンドとして実行する
  • setup.pyの作成
    • entry_points ── スクリプトインタフェースの登録を行う引数
  • 動かしてみよう
• 13.6 本章のまとめ