Python3エンジニア認定実践試験

# 第5章 型ヒント

## 5.1 型ヒント

- 前提: Python は動的型付け言語なので、型解決は実行時に行われ、コーディング時には型付けしない

- ただし、型ヒントをつけることで実行前に静的型チェックを行ったり、IDEでの補助機能への情報を与えることが可能となる

- 型ヒントの書き方

  - 基本的な型

    ```python

    # 変数への型付け

    name: str = "smith"

    age: int = 41

    # 関数での型付け

    # 引数は変数と同様

    # 引数にデフォルト値ありの場合は  "変数名: 型名 = 値"

    # 返り値は "-> 型名"

    def func(name: str, age: int = 1) -> int:

        if(name == "smith"):

            return age

        else:

            return 0

    ```

  - コンテナ型

    ```python

    # 変数への型付け

    listobj: list = [123, "abc", True]

    setobj: set = {1, 2, 4, 8, 16}

    dictobj: dict = {"one": 1, "two": 2}

    tupleobj: tuple = (123, "abc", True)

    # 変数への型付け (要素の型)

    listobj: list[str] = ["123", "abc", "True"]

    setobj: set[int] = {1, 2, 4, 8, 16}

    dictobj: dict[str, int] = {"one": 1, "two": 2}

    tupleobj: tuple[int, str, bool] = (123, "abc", True)  # tuple は全要素の型を指定

    tupleobj_err: tuple[str] = ("123", "abc")  # エラー

    tupleobj_same: tuple[str, ...] = ("123", "abc", "True")  # 全部同じ型ならこの書き方が可能

    ```

  - ユーザ定義クラス

    - 他のオブジェクト指向言語と同様に、定義済みクラスを型として扱える

      ```python

      # book_dataclass.py

      from dataclasses import dataclass

      @dataclass

      class Book:

          name: str

          author: str

          price: int

      ```

      ```python

      # book_typehint.py

      from operator import attrgetter

      from book_dataclass import Book

      def lowest_price_book(book_list: list[Book]) -> Book:

          return sorted(book_list, key=attrgetter("price"))[0]

      books: list[Book] = [

          Book("ハッカーガイド", "terapyon", 2992),

          Book("ゼロから", "tekanori", 3200),

          Book("スタートブック", "shingo", 2750)

      ]

      value_book: Book = lowest_price_book(books)

      print(value_book)

      ```

      ```powershell

      > python .\book_typehint.py

      Book(name='スタートブック', author='shingo', price=2750)

      ```

- typing モジュールによる型ヒント

  - 特殊な型付けが可能

    |型|説明|

    |:--|:--|

    |Union|複数指定し、いずれかの型|

    |Optional|指定の型か、None|

    |Literal|指定したいずれかの値|

    |Any|任意の型|

    |~~TypeValue~~ TypeVar|型変数の定義|

    |TypedDict|辞書のキー(str)と、値の型を指定|

    ```python

    from typing import Union, Optional

    uniontype: Union[int, str] = 10

    uniontype = "ten"

    opttype: Optional[bool] = True

    opttype = None

    # Python3.10 以降の新しい書き方 (typing モジュールインポート不要)

    uniontype2: int | str = 10

    uniontype2 = "ten"

    opttype2: bool | None = True

    opttype2 = None

    ```

    ```python

    from typing import Literal, Any, TypeVar, TypedDict

    littype: Literal["Shizuoka", "Nagoya"] = "Shizuoka"

    littype = "Nagoya"

    littype = "Tokyo"  # NG

    user_input: Any = utilvalud(args)  # 型付け無しの関数返り値を受け取る

    # TypeVar

    T = TypeVar("T")  # mypy で試したところ、変数と TypeVar() の第1引数は揃えないとダメらしい

    def reflect(arg: T) -> T:

        return arg

    # TypedDict

    class BookDict(TypedDict):

        name: str

        author: str

        price: int

    fav_book: BookDict = {"name": "スタートブック", "author": "shingo", "price": 2750}

    ```

## 5.2 静的型チェックを行う - mypy (※試験範囲外)

型ヒントを用いて静的型チェックを行うツール **mypy**

- 型ヒントに違反している内容を検知してエラーを出力するツール

  - エラーの例

    ```python

    # mypy_check.py

    # 変数の型NG

    name: str = 123

    age: int = "42"

    favorite: list = {"study": "AWS", "food": "Curry"}

    # 関数の返り値型NG

    def greeting(name: str) -> int:

        return f"Hi, {name}"

    # 関数の引数型NG

    greeting(123)

    ```

    ```powershell

    > mypy .\mypy_check.py

    mypy_check.py:2: error: Incompatible types in assignment (expression has type "int", variable has type "str")  [assignment]

    mypy_check.py:3: error: Incompatible types in assignment (expression has type "str", variable has type "int")  [assignment]

    mypy_check.py:4: error: Incompatible types in assignment (expression has type "dict[str, str]", variable has type "list[Any]")  [assignment]

    mypy_check.py:8: error: Incompatible return value type (got "str", expected "int")  [return-value]

    mypy_check.py:11: error: Argument 1 to "greeting" has incompatible type "int"; expected "str"  [arg-type]

    Found 5 errors in 1 file (checked 1 source file)

    ```

  - 修正後

    ```python

    name: str = "smith"

    age: int = 41

    favorite: list = ["AWS", "Curry"]

    def greeting(name: str) -> str:

        return f"Hi, {name}"

    greeting("Tatsuya")

    ```

    ```powershell

    > mypy .\mypy_check_ok.py

    Success: no issues found in 1 source file

    ```

- オプション指定

  - コマンドオプション、設定ファイルのどちらかで指定

    - ※コマンドオプションと設定ファイル内の記述が、ハイフンとアンダースコアで異なる

    - (例) コマンドオプション `--disallow-any-generics`

    - (例) 設定ファイル `disallow_any_generics = True`

  - 代表的なオプション

    |オプション|説明|

    |---|---|

    |disallow_any_generics|コンテナーの要素の型が無いことを禁止|

    |disallow_untyped_defs|型が無い関数定義を禁止|

    |disallow_untyped_calls|「型が無い関数」の呼び出しを禁止|

    |warn_unused_ignores|「# type: ignore」がある場合に警告|

    |warn_return_any|型が無い変数を返す場合に警告|

    |check_untyped_defs|型が無い関数の内部の型をチェック|

  - 除外に関するオプション

    |オプション|設定値|説明|

    |---|---|---|

    |follow_imports|normal, <br>silent, <br>skip, <br>error|インポートしたモジュールをチェックするルールの指定|

    |ignore_missing_imports|bool|インポートしたモジュールに関するエラーを抑制する(デフォルト False)|

    |exclude|正規表現|除外ファイル・ディレクトリを正規表現で指定|

  - 設定ファイル

    - プロジェクトディレクトリ直下に配置

      - `mypy.ini`

      - `.mypy.ini`

      - `pyproject.toml`

      - `setup.cfg`

    - ユーザディレクトリ配置

      - `$XDG_CONFIG_HOME/mypy/config`

      - `~/.config/mypy/config`

    - 書き方

      ```

      [mypy]

      follow_imports = silent

      disallow_any_generics = True

      warn_return_any = True

      ```

      - 特定モジュールでのみ有効化なオプションの設定は `[mypy-モジュール名]`セクションに記述

        ```

        [mypy-aiohttp.*]

        follow_imports = False

        [mypy-sqlalchemy.*]

        ignore_missing_imports = True

        ```

- よくあるエラーと対処

  - 型ヒントを定義しているスタブファイル (`*.pyi` 形式の外部ファイル) が無い場合にエラーが出る場合がある

    - サードパーティのライブラリは、型定義リポジトリの [**typeshed**](https://github.com/python/typeshed) にスタブファイルがあるかも

    - **typeshed** のスタブファイルインストールは `mypy --install-types` で行える

    - **typeshed** にスタブファイルが無い場合

      1. ライブラリのアップデート

      2. ライブラリのスタブファイルの確認

      3. ライブラリを mypy チェックから除外する

         ```python

         import example  # type: ignore

         ```