Pythonのモジュールについて抑えておくべき知識とよく使うもの一覧

Pythonに、標準でインストールされている関数だとしても、組み込み関数以外の関数を使うには、先にモジュールを読み込む必要があります。

この「モジュールとは何か？」を理解しておくと、学習の効率が早まります。また、Python では、沢山のモジュールが用意されているということを知っておくことで、将来、必要が出てきた時に、使える関数を自力で見つけられるようにもなります。

そのためにも、ここで詳しく解説しておきたいと思います。

1. Pythonのモジュールとは

1.1. モジュールとは「部品」のこと

モジュールとは、元々は、家を立てたり、家具を作ったりする時の、一つ一つの部分（パーツ）のことです。建築の際は、あらかじめ書いている図面の通りに、パーツを作っていき、最後に、それらのパーツを組み合わせて完成させます。

プログラミングもこれと同じで、パーツ毎にファイルを分けて、一つずつ完成させていきます。

例えば、図のようなシンプルなブログを作る時を考えてみましょう。これは、

• ヘッダー
• ポスト
• サイドバー
• フッター

の 4 つのパーツから成り立っていますね。

このような時は、それぞれのパーツ毎に、別のファイルを作り、一つずつ完成させていきます。そして、最後に、それぞれのファイルを組み込み、 1 つのブログを完成させます。

もし、このようにパーツごとに、ファイルを分けずに、全てのコードが 1 つのファイルに書かれているとします。そして、完成間近というところで、重大なエラーが発生しました。この場合、10,000 行の中から、問題を起こしている 1 行を突き止める必要があります。

それはとてもとても大変です。

しかし、パーツ毎にファイルを作っていれば、エラーの内容から、どこでエラーが起きているのかが分かり、原因箇所の解明が遥かに迅速になります。こうした利点があるため、プログラマーは、大きなプログラムを、部品ごとに、別ファイルに分解して書いていきます。

1.2. Python は機能別に分けてファイル（モジュール）を用意している

ブログは、それを構成する “パーツ毎” にファイルを分けて作っています。

Python では、” 機能毎 ” にファイルが分けられています。例えば、「計算機能をまとめたファイル」「カレンダー機能をまとめたファイル」という具合です。そして、そのように機能ごとに分割されたファイルを「モジュール」といいます。

それぞれのモジュールに置かれている機能（関数）は、下図のように、Python にモジュールを読み込ませることで使えるようになります。

このように、「標準ライブラリ」というところにあるモジュールを引っ張ってきて、Python に読み込ませる ( import といいます）ことで、より多くの関数を使えるようになります。「標準ライブラリ」は、シンプルに、Python のモジュールの保管場所とされている図書館とお考えください。

これらのモジュールを使いこなすことによって、語弊を恐れずに言えば、Python でほぼ何でも行えるようになります。

例えば、math モジュールというものがあります。

math モジュールには、数学的な計算を、楽に実行するための多くの関数が用意されています。これらの関数を使うと、通常の組み込み関数だけでは、不可能な計算もできるようになります。例えば、以下のように、距離と角度から高さを計算する、などです。

このような場合で、高さを求めるには、次のようなコードを書くことができます。ここでは、距離は20m、角度は32度とします。

import math #mathモジュールを読み込んでいます。
kyori = 20
kakudo = math.radians(32) #角度をラジアンに換算
takasa = kyori * math.tan(kakudo) #高さを計算
takasa = math.floor(takasa * 100)/100 #小数点以下第2位を切り捨て
print(str(takasa) + "m") #計算結果を文字列に変換して出力 

12.49m

コードの内容を理解する必要は全くありませんのでご安心ください。ここでは、「モジュールを使いこなせるようになると、組み込み関数以外の様々な関数を使えるようになり、プログラミングで出来ることが飛躍的に増える」ということを実感して頂ければ十分です。

2. モジュールをインポートする方法と関数の使い方

それでは、ここから、モジュールをインポートして、そのモジュールの関数を使う方法を解説していきます。

方法は 4 つあります。

1. モジュール全体をインポートする。
2. モジュール全体を別名をつけてインポートする。
3. モジュールから特定の関数だけをインポートする。
4. モジュールから特定の関数だけを別名をつけてインポートする。

最初は 1. と 3. だけ抑えておくだけでも十分だと思います。また、それぞれの項で、関数を使う方法も一緒に解説しています。

それでは見ていきましょう。

2.1. モジュール全体をインポートする

まずは、最も基本的なインポート方法です。以下をご覧ください。

'''モジュールのインポートの書式'''
import モジュール名, モジュール名

このように、import と書いてから、読み込みたいモジュール名を入力するだけです。同時に複数のモジュールをインポートしたい場合は、カンマで区切って、続けて入力します。

インポートしたモジュールの関数を使うには、次のように書きます。

'''インポートしたモジュール内の関数を使う時の書式'''
モジュール名.関数名()

組み込み関数を使う時と違って、関数名の前にモジュール名を書き、ドットで繋ぎます。

それでは、例を見ていきましょう。擬似乱数を作成する関数が豊富に揃っている random モジュールをインポートします。

'''random モジュールを読み込みます。'''
import random
 
'''randomモジュールの関数を使うには、 'random.関数名()' と書きます。'''
random.randint(1, 10)

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randint 関数は、引数に指定した数値の範囲で、ランダムに整数を返す関数です。簡単ですね。

2.2. モジュール全体を別名をつけてインポートする

これは、自分で新たなモジュールを作った場合で、自作したモジュールの名前が、既に存在するモジュール名と被る時ぐらいしか使わないと思います。つまり非常にレアケースの場合のみということですね。

しかし、念のため解説しておきたいと思います。

次のように書くと、モジュールに別名をつけてインポートすることができます。

'''インポートするモジュールに別名をつける場合の書式'''
import モジュール名 as 別名

モジュールに別名をつけたので、その中の関数を使うには、最初に別名を入力します。

'''random モジュールに rand という別名をつけてインポートします。'''
import random as rand
 
'''この場合、そのモジュール内の関数を使うには '別名.関数名()'と書きます。'''
rand.randint(1, 10)

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2.3. モジュールから特定の関数だけをインポートする

モジュール全体ではなく、そのモジュールから特定の関数だけをインポートすることもできます。

次のように書きます。

'''モジュールから使いたい関数だけをインポートする時の書式'''
from モジュール名 import 関数名

特定の関数だけをインポートした場合は、その関数を使う時に、先頭にモジュール名をつける必要がなくなります。

'''randint 関数だけをインポートします。'''
from random import randint
 
'''この場合、行頭にモジュール名をつけなくても関数を使用できます。'''
randint(1, 10)

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インポートした関数を、何度も使用する際は、こちらの方が便利ですね。

2.4. モジュールから特定の関数だけを別名をつけてインポートする

特定の関数だけをインポートする場合も、その関数に別名をつけることができます。

これは、自作した関数と、インポートしたい関数の名前が被ってしまっている場合に有効です。このようなケースは、時に起こりますので、覚えておくと良いでしょう。

次のように書きます。

'''インポートした関数の名前を帰る時の書式'''
from モジュール名 import 関数名 as 別名

以下が使用例です。

'''randint 関数に別名をつけてインポートします。'''
from random import randint as rand
 
'''この場合も行頭にモジュール名は不要です。'''
rand(1, 10)

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3. Python で用意されているモジュール一覧

ここから、Python で現在用意されているモジュールの一覧を列挙しています。これらは全て Python の公式ドキュメントの「Python 標準ライブラリ」のページで、列挙、解説されています。ただし、普段、どのようなモジュールがあるのかを、改めて時間を取って見てみることはあまりないと思います。

そこで、ここでサッと眺めてみるのも良いかと思い掲載することにしました。きっと沢山のモジュールがあることに驚くことでしょう。

もちろん、全てのモジュールを知っておく必要はありません。必要になった時に、自分で調べてみて、その中に、有用な関数があるかどうかを調べられるようになることが重要です。

それでは見ていきましょう。

3.1. テキスト処理モジュール

3.2. 数値と数学モジュール

3.3. データ型モジュール

3.4. バイナリデータ処理モジュール

3.5 関数型プログラミング用モジュール

3.6. ファイルとディレクトリへのアクセス

3.7. データの永続化

3.8. データ圧縮とアーカイブ

3.9. ファイルフォーマット

3.10. 暗号関連のサービス

3.11. 汎用オペレーティングシステムサービス

3.12. 並行実行

3.13. プロセス間通信とネットワーク

3.14. インターネット上のデータ操作

3.15. 構造化マークアップツール

3.16. インターネットプロトコルとサポート

3.17. マルチメディアサービス

3.18. 国際化

3.19. プログラムのフレームワーク

3.20. Tk を用いたグラフィカルユーザーインターフェイス

3.21. 開発ツール

3.22. デバッグとプロファイル

3.23. ソフトウェア・パッケージと配布

3.24. Python ランタイムサービス

3.25. カスタム Python インタプリタ

3.26. モジュールのインポート

3.27. Python 言語サービス

3.28. 各種サービス

3.29. MS Windows 固有のサービス

3.30. Unix 固有のサービス

3.31. 取って代わられたモジュール群

3.32. ドキュメント化されていないモジュール

4. まとめ

いかがだったでしょうか。

モジュールを使いこなせるようになると、Python のプログラミングでできることの幅が大きく広がります。そのためにも、モジュールをインポートする方法はしっかりと覚えておきましょう。

また、驚くほど沢山のモジュールがありますので、何か新しいプログラムを書きたい時は、あらためて公式ドキュメントの標準ライブラリページから、使える関数を探してみるということも癖づけておくと良いでしょう。

ぜひ、参考にして頂ければと思います。