Pythonファイル操作入門｜テキストファイルの読み書き

みなさん、Pythonでプログラムを作っていて「作ったデータをファイルに保存したい」と思ったことはありませんか？

「設定を外部ファイルから読み込みたい」 「ログを記録しておきたい」 「計算結果をファイルに出力したい」

こんな時に必要になるのがファイル操作です。

でも大丈夫です！Pythonのファイル操作はとてもシンプルで、初心者の方でも簡単に覚えることができます。 一度マスターしてしまえば、プログラムの実用性が格段に向上しますよ。

この記事では、Python初心者の方に向けて、テキストファイルの読み書きの基本から安全な操作方法まで、わかりやすく解説します。 読み終わる頃には、自信を持ってファイル操作ができるようになるはずです！

ファイル操作って何？なぜ必要なの？

まずは、ファイル操作の基本的な考え方を理解しましょう。 これがわかると、なぜファイル操作が重要なのかがスッキリ理解できます。

プログラムとファイルの関係

普通にプログラムを書いて実行すると、データはメモリ上にあります。 でも、プログラムが終了するとメモリ上のデータは消えてしまいます。

ファイル操作を使うと、データを永続的に保存できるんです。

例えば、こんなことができるようになります。

# ユーザー設定をファイルに保存する例
def save_user_settings(username, theme, language):
    """ユーザー設定をファイルに保存"""
    settings_text = f"""ユーザー名: {username}
テーマ: {theme}
言語: {language}
保存日時: 2024-07-07"""
    
    with open('user_settings.txt', 'w', encoding='utf-8') as file:
        file.write(settings_text)
    
    print(f"{username}さんの設定を保存しました！")

# 使用例
save_user_settings("太郎", "ダーク", "日本語")

このように、プログラムを終了しても設定が残るので、次回起動時に読み込むことができます。

ファイル操作で何ができる？

ファイル操作を覚えると、こんなことができるようになります。

設定データの管理 ユーザーの好みや設定をファイルに保存して、プログラム起動時に読み込めます。

ログの記録 プログラムの動作履歴をファイルに記録して、後で確認できます。

データの保存 計算結果やユーザーが入力したデータを保存できます。

レポートの生成 処理結果をわかりやすいレポート形式でファイルに出力できます。

他のプログラムとの連携 他のプログラムが作ったファイルを読み込んだり、他のプログラムが読めるファイルを作ったりできます。

Pythonのファイル操作の特徴

Pythonのファイル操作は、とてもシンプルで直感的です。

基本的な流れはこんな感じです。

1. ファイルを開く
2. ファイルに書き込む（または読み込む）
3. ファイルを閉じる

でも、手動でファイルを閉じるのを忘れちゃうことがあります。 そこで、Pythonには**with文**という便利な機能があります。

# with文を使った安全なファイル操作
with open('sample.txt', 'w', encoding='utf-8') as file:
    file.write('Hello, Python!')
# ここで自動的にファイルが閉じられる

print("ファイルに書き込み完了！")

with文を使うと、自動的にファイルが閉じられるので安全です。 これから紹介する例では、このwith文を使って説明していきますね。

ファイルを読み込んでみよう

それでは、実際にファイルを読み込む方法を学びましょう。 まずは基本的な読み込み方法から始めます。

基本的な読み込み方法

ファイルを読み込む方法は、主に3つあります。 それぞれの特徴を理解して、目的に応じて使い分けましょう。

まず、練習用のファイルを作ってみます。

# 練習用ファイルの作成
sample_text = """第1行: Pythonは楽しい！
第2行: ファイル操作を学習中
第3行: どんどん上達しています
第4行: 実践的な例を試そう
第5行: きっとできるようになる"""

with open('practice.txt', 'w', encoding='utf-8') as file:
    file.write(sample_text)

print("練習用ファイルを作成しました")

方法1：ファイル全体を一度に読み込む

def read_whole_file():
    """ファイル全体を一度に読み込む方法"""
    with open('practice.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:
        content = file.read()
        return content

# 実行してみよう
whole_content = read_whole_file()
print("=== ファイル全体の内容 ===")
print(whole_content)

方法2：行ごとのリストとして読み込む

def read_as_lines():
    """行ごとのリストとして読み込む方法"""
    with open('practice.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:
        lines = file.readlines()
        return lines

# 実行してみよう
lines_list = read_as_lines()
print("
=== 行ごとのリスト ===")
for i, line in enumerate(lines_list):
    print(f"行{i+1}: {line.strip()}")  # strip()で改行文字を除去

方法3：1行ずつ順番に読み込む

def read_line_by_line():
    """1行ずつ順番に読み込む方法"""
    lines = []
    with open('practice.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:
        for line in file:
            lines.append(line.strip())
    return lines

# 実行してみよう
processed_lines = read_line_by_line()
print("
=== 1行ずつ処理した結果 ===")
for i, line in enumerate(processed_lines):
    print(f"{i+1}. {line}")

どの方法も同じファイルを読み込んでいますが、データの形が少し違います。 小さなファイルなら方法1が簡単ですが、大きなファイルの場合は方法3がメモリ効率的です。

大きなファイルを効率的に読み込む

大きなファイルを扱う時は、メモリ使用量に注意が必要です。 ファイル全体をメモリに読み込むと、コンピュータの動作が重くなってしまうことがあります。

そんな時は、少しずつ読み込む方法を使いましょう。

# 大きなファイルのサンプル作成
def create_large_file():
    """練習用の大きなファイルを作成"""
    with open('large_file.txt', 'w', encoding='utf-8') as file:
        for i in range(1000):
            file.write(f"行番号{i+1}: これは大きなファイルのサンプルです。
")
    print("大きなファイルを作成しました")

create_large_file()

# 効率的な読み込み方法
def read_large_file_safely(filename):
    """メモリ効率を考えた読み込み"""
    line_count = 0
    with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
        for line in file:
            line_count += 1
            # 100行ごとに進捗を表示
            if line_count % 100 == 0:
                print(f"処理中... {line_count}行完了")
    
    return line_count

# 実行してみよう
total_lines = read_large_file_safely('large_file.txt')
print(f"ファイル全体で{total_lines}行でした")

特定の条件で検索

大きなファイルから特定の内容を探したい時は、こんな方法が便利です。

def search_in_file(filename, search_word):
    """ファイルから特定の文字列を検索"""
    matches = []
    
    with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
        for line_number, line in enumerate(file, 1):
            if search_word in line:
                matches.append({
                    'line_number': line_number,
                    'content': line.strip()
                })
    
    return matches

# 「行番号100」を含む行を検索
search_results = search_in_file('large_file.txt', '行番号100')
print("
=== 検索結果 ===")
for result in search_results:
    print(f"行{result['line_number']}: {result['content']}")

このように、大きなファイルでも効率的に処理できます。

ファイルに書き込んでみよう

次は、ファイルにデータを書き込む方法を学びましょう。 書き込み方法によって、ファイルの扱われ方が変わるので注意が必要です。

基本的な書き込み方法

ファイルの書き込みには、主に2つのモードがあります。

'w'モード：新規作成または上書き

def write_new_file():
    """新しいファイルを作成（または上書き）"""
    shopping_list = [
        "牛乳",
        "パン",
        "卵",
        "りんご",
        "チーズ"
    ]
    
    with open('shopping_list.txt', 'w', encoding='utf-8') as file:
        file.write("今日の買い物リスト
")
        file.write("=" * 20 + "
")
        
        for i, item in enumerate(shopping_list, 1):
            file.write(f"{i}. {item}
")
    
    print("買い物リストを作成しました")

write_new_file()

'a'モード：既存ファイルに追記

def add_to_shopping_list():
    """買い物リストに商品を追加"""
    additional_items = [
        "バナナ",
        "ヨーグルト",
        "サラダ"
    ]
    
    with open('shopping_list.txt', 'a', encoding='utf-8') as file:
        file.write("
追加の商品:
")
        for i, item in enumerate(additional_items, 6):
            file.write(f"{i}. {item}
")
    
    print("買い物リストに商品を追加しました")

add_to_shopping_list()

# ファイルの内容を確認
def show_file_content(filename):
    """ファイルの内容を表示"""
    print(f"
=== {filename} の内容 ===")
    with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
        content = file.read()
        print(content)

show_file_content('shopping_list.txt')

いろんな形式でデータを書き込む

実際のプログラムでは、様々な形式でデータを保存することがあります。 いくつかのパターンを見てみましょう。

CSVのような形式で保存

def save_student_scores():
    """学生の成績をCSV形式で保存"""
    students = [
        {"name": "田中太郎", "math": 85, "english": 78, "science": 92},
        {"name": "佐藤花子", "math": 92, "english": 88, "science": 85},
        {"name": "鈴木一郎", "math": 78, "english": 90, "science": 83},
        {"name": "高橋美咲", "math": 88, "english": 85, "science": 90}
    ]
    
    with open('student_scores.csv', 'w', encoding='utf-8') as file:
        # ヘッダー行
        file.write("名前,数学,英語,理科
")
        
        # データ行
        for student in students:
            file.write(f"{student['name']},{student['math']},{student['english']},{student['science']}
")
    
    print("学生の成績を保存しました")

save_student_scores()

レポート形式で保存

def create_monthly_report():
    """月次レポートを作成"""
    sales_data = {
        "1月": {"売上": 150000, "件数": 45},
        "2月": {"売上": 180000, "件数": 52},
        "3月": {"売上": 165000, "件数": 48}
    }
    
    with open('monthly_report.txt', 'w', encoding='utf-8') as file:
        file.write("月次売上レポート
")
        file.write("=" * 30 + "

")
        
        total_sales = 0
        total_count = 0
        
        for month, data in sales_data.items():
            sales = data["売上"]
            count = data["件数"]
            average = sales / count
            
            file.write(f"{month}の実績:
")
            file.write(f"  売上金額: {sales:,}円
")
            file.write(f"  取引件数: {count}件
")
            file.write(f"  平均単価: {average:,.0f}円

")
            
            total_sales += sales
            total_count += count
        
        # 合計
        file.write("-" * 30 + "
")
        file.write(f"合計売上: {total_sales:,}円
")
        file.write(f"合計件数: {total_count}件
")
        file.write(f"全体平均: {total_sales/total_count:,.0f}円
")
    
    print("月次レポートを作成しました")

create_monthly_report()
show_file_content('monthly_report.txt')

ログファイルの作成

def create_log_file():
    """ログファイルを作成"""
    import datetime
    
    log_events = [
        ("INFO", "プログラム開始"),
        ("DEBUG", "設定ファイル読み込み"),
        ("WARNING", "メモリ使用量が多いです"),
        ("ERROR", "ファイルが見つかりません"),
        ("INFO", "プログラム終了")
    ]
    
    with open('program.log', 'w', encoding='utf-8') as file:
        for level, message in log_events:
            # 現在時刻を取得（サンプルなので固定値）
            timestamp = "2024-07-07 10:30:00"
            file.write(f"[{timestamp}] {level}: {message}
")
    
    print("ログファイルを作成しました")

create_log_file()
show_file_content('program.log')

このように、目的に応じて様々な形式でファイルを作成できます。

エラーに備えよう！安全なファイル操作

ファイル操作では、様々なエラーが発生する可能性があります。 エラーが起きても慌てずに対処できるように、安全な操作方法を覚えましょう。

よくあるエラーと対処法

ファイルが見つからない場合

def safe_file_read(filename):
    """安全なファイル読み込み"""
    try:
        with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
            content = file.read()
            return {"success": True, "content": content}
    
    except FileNotFoundError:
        return {
            "success": False,
            "error": f"ファイル '{filename}' が見つかりません"
        }
    
    except Exception as e:
        return {
            "success": False,
            "error": f"予期しないエラー: {e}"
        }

# 使用例
result = safe_file_read("存在しないファイル.txt")
if result["success"]:
    print(f"ファイル内容: {result['content']}")
else:
    print(f"エラー: {result['error']}")

# 存在するファイルでテスト
result = safe_file_read("shopping_list.txt")
if result["success"]:
    print("ファイルの読み込みに成功しました")
else:
    print(f"エラー: {result['error']}")

書き込み権限がない場合

def safe_file_write(filename, content):
    """安全なファイル書き込み"""
    try:
        with open(filename, 'w', encoding='utf-8') as file:
            file.write(content)
        return {"success": True, "message": f"'{filename}' に書き込み完了"}
    
    except PermissionError:
        return {
            "success": False,
            "error": "ファイルへの書き込み権限がありません"
        }
    
    except Exception as e:
        return {
            "success": False,
            "error": f"書き込みエラー: {e}"
        }

# 使用例
test_content = "これはテストファイルです。"
result = safe_file_write("test_file.txt", test_content)

if result["success"]:
    print(result["message"])
else:
    print(f"エラー: {result['error']}")

ファイルの存在確認

ファイル操作を行う前に、ファイルが存在するかチェックすることも大切です。

import os

def check_file_info(filename):
    """ファイルの情報をチェック"""
    print(f"=== {filename} の情報 ===")
    
    # ファイルの存在確認
    if os.path.exists(filename):
        print("✅ ファイルが存在します")
        
        # ファイルサイズを確認
        file_size = os.path.getsize(filename)
        print(f"📄 ファイルサイズ: {file_size} バイト")
        
        # ファイルの内容を少し表示
        try:
            with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
                first_line = file.readline().strip()
                print(f"📝 最初の行: {first_line}")
        except Exception as e:
            print(f"❌ 読み込みエラー: {e}")
    
    else:
        print("❌ ファイルが存在しません")

# 作成したファイルをチェック
check_file_info("shopping_list.txt")
check_file_info("存在しないファイル.txt")

バックアップ機能付きの書き込み

重要なファイルを更新する時は、バックアップを作成しておくと安心です。

import shutil
import datetime

def backup_and_write(filename, new_content):
    """バックアップを作成してからファイルを更新"""
    
    # 既存ファイルがある場合はバックアップ作成
    if os.path.exists(filename):
        # バックアップファイル名を作成
        timestamp = datetime.datetime.now().strftime("%Y%m%d_%H%M%S")
        backup_filename = f"{filename}.backup_{timestamp}"
        
        try:
            # ファイルをコピー
            shutil.copy2(filename, backup_filename)
            print(f"✅ バックアップ作成: {backup_filename}")
        except Exception as e:
            print(f"❌ バックアップ作成失敗: {e}")
            return False
    
    # 新しい内容を書き込み
    result = safe_file_write(filename, new_content)
    
    if result["success"]:
        print(f"✅ ファイル更新完了: {filename}")
        return True
    else:
        print(f"❌ ファイル更新失敗: {result['error']}")
        return False

# 使用例
updated_content = """更新された買い物リスト
========================
1. 牛乳
2. パン
3. 卵
4. 新商品：アイスクリーム
5. 新商品：お菓子
"""

backup_and_write("shopping_list.txt", updated_content)

このように、エラーハンドリングを組み込むことで、安全で信頼性の高いプログラムが作れます。

実践例：データ分析プログラム

最後に、ファイル操作を活用した実践的な例を見てみましょう。 簡単なデータ分析プログラムを作ってみます。

データの準備

def create_sample_data():
    """分析用のサンプルデータを作成"""
    
    # 売上データを作成
    sales_data = [
        "日付,商品名,数量,単価",
        "2024-01-15,ノートPC,2,80000",
        "2024-01-16,マウス,5,2000",
        "2024-01-17,キーボード,3,5000",
        "2024-01-18,モニター,1,25000",
        "2024-01-19,ヘッドホン,4,8000"
    ]
    
    with open('sales_data.csv', 'w', encoding='utf-8') as file:
        for line in sales_data:
            file.write(line + '
')
    
    print("サンプルデータを作成しました")

create_sample_data()

データ分析クラス

class SimpleDataAnalyzer:
    """シンプルなデータ分析クラス"""
    
    def __init__(self):
        self.data = []
    
    def load_csv_data(self, filename):
        """CSVファイルを読み込み"""
        try:
            with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
                lines = file.readlines()
                
                # ヘッダー行を取得
                if lines:
                    headers = lines[0].strip().split(',')
                    
                    # データ行を辞書に変換
                    for line in lines[1:]:
                        values = line.strip().split(',')
                        if len(values) == len(headers):
                            row = {}
                            for i, header in enumerate(headers):
                                row[header] = values[i]
                            self.data.append(row)
            
            print(f"✅ データを読み込みました（{len(self.data)}件）")
            return True
        
        except Exception as e:
            print(f"❌ データ読み込みエラー: {e}")
            return False
    
    def analyze_sales(self):
        """売上データを分析"""
        if not self.data:
            print("データがありません")
            return
        
        total_sales = 0
        product_sales = {}
        
        for record in self.data:
            try:
                product = record['商品名']
                quantity = int(record['数量'])
                price = int(record['単価'])
                sales = quantity * price
                
                total_sales += sales
                product_sales[product] = product_sales.get(product, 0) + sales
                
            except (KeyError, ValueError) as e:
                print(f"データ処理エラー: {e}")
        
        # 結果をファイルに出力
        with open('sales_analysis.txt', 'w', encoding='utf-8') as file:
            file.write("売上分析レポート
")
            file.write("=" * 30 + "

")
            
            file.write(f"総売上: {total_sales:,}円

")
            
            file.write("商品別売上:
")
            for product, sales in sorted(product_sales.items(), 
                                       key=lambda x: x[1], reverse=True):
                percentage = (sales / total_sales) * 100
                file.write(f"  {product}: {sales:,}円 ({percentage:.1f}%)
")
        
        print("売上分析結果を sales_analysis.txt に保存しました")
        return total_sales, product_sales

# データ分析の実行
print("
=== データ分析の実行 ===")

analyzer = SimpleDataAnalyzer()

# データ読み込み
if analyzer.load_csv_data('sales_data.csv'):
    # 分析実行
    total, products = analyzer.analyze_sales()
    
    # 結果表示
    print(f"
総売上: {total:,}円")
    print("商品別売上:")
    for product, sales in products.items():
        print(f"  {product}: {sales:,}円")

# 分析結果ファイルの内容を確認
show_file_content('sales_analysis.txt')

このように、ファイル操作を組み合わせることで、データの読み込み→処理→結果出力という実用的なプログラムが作れます。

まとめ：ファイル操作をマスターしよう

この記事では、Pythonのファイル操作について詳しく解説してきました。 最後に、重要なポイントをおさらいしましょう。

覚えておきたい基本

ファイル操作の基本パターン

• with文を使って安全にファイルを開閉する
• 'r'モードで読み込み、'w'モードで書き込み、'a'モードで追記
• encoding='utf-8'を指定して文字化けを防ぐ

読み込み方法の使い分け

• 小さなファイルはread()で全体読み込み
• 行ごとに処理したい場合はfor line in file:
• 大きなファイルは1行ずつ処理してメモリ節約

書き込み方法の使い分け

• 新規作成・上書きは'w'モード
• 既存ファイルに追記は'a'モード
• データの形式に応じて適切に整形

エラー対策も忘れずに

よくあるエラーの対処

• FileNotFoundError：ファイルが存在しない
• PermissionError：書き込み権限がない
• UnicodeDecodeError：文字エンコーディングの問題

安全な操作のために

• try-except文でエラーハンドリング
• ファイルの存在確認を事前に行う
• 重要なファイルはバックアップを作成

実践で活用しよう

ファイル操作は、実際に使ってみることで身につきます。

こんなことから始めてみましょう

• 簡単な設定ファイルの読み書き
• 計算結果をファイルに保存
• ログファイルの作成
• CSVデータの処理

段階的にレベルアップ

• エラーハンドリングを組み込む
• バックアップ機能を追加
• データ分析プログラムを作成
• 他のファイル形式（JSON、XML）にも挑戦

次のステップ

基本的なファイル操作をマスターしたら、以下にも挑戦してみてください。

• CSVモジュールを使った高度なCSV処理
• JSONファイルの読み書き
• 設定ファイル（ini、yaml）の扱い
• ファイルパスの操作
• ディレクトリの作成と管理

最後に

ファイル操作は、プログラムを実用的にするための重要なスキルです。 最初は基本的な読み書きから始めて、徐々にエラーハンドリングや複雑なデータ処理に挑戦してみてください。

一度覚えてしまえば、プログラムの可能性が大きく広がります。 ぜひ、実際にコードを書いて試してみてくださいね。

頑張って、素晴らしいプログラムを作ってください！