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