Pythonの型ヒント：コレクション型とOptional型の使い方

コレクション型の型ヒント

コレクション型とは、複数の値をまとめて扱うデータ型のことだ。Python では list、set、tuple、dict などがこれに該当する。

リスト（list）の型ヒントは `list[型]` という形で書く。

names: list[str] = ["Alice", "Bob", "Charlie"]  # 文字列のリスト
scores: list[int] = [85, 92, 78, 90]  # 整数のリスト

セット（set）の型ヒントは `set[型]` で表現する。

unique_names: set[str] = {"Alice", "Bob", "Charlie"}  # 文字列のセット
prime_numbers: set[int] = {2, 3, 5, 7, 11, 13}  # 整数のセット

タプル（tuple）の型ヒントには2つの書き方がある。

# 固定長タプル（要素数と各位置の型が決まっている）
person: tuple[str, int, bool] = ("Alice", 25, True)
coordinates: tuple[float, float] = (10.5, 20.3)

# 可変長タプル（同じ型の要素が任意個）
rgb_colors: tuple[int, ...] = (255, 128, 64, 32)

辞書（dict）の型ヒントは `dict[キー型, 値型]` で書く。

ages: dict[str, int] = {"Alice": 25, "Bob": 30, "Charlie": 28}

# ネストした型も指定可能
hobbies: dict[str, list[str]] = {
    "Alice": ["reading", "swimming"],
    "Bob": ["gaming", "cooking"]
}

Optional型でNoneを安全に扱う

実際のプログラムでは、値が存在しない場合を表現するためにNoneを使うことがよくある。Optional型を使えば、Noneになる可能性がある変数を型安全に扱える。

from typing import Optional

user_name: Optional[str] = None  # 文字列またはNone(「str | None」でも可)
user_id: Optional[int] = 42  # 整数またはNone(「int | None」でも可)

関数の戻り値でOptional型を使う例を見てみよう。

def find_user_by_email(email: str) -> Optional[str]: # 「str | None」でも可
    users = {"alice@example.com": "Alice", "bob@example.com": "Bob"}
    return users.get(email)  # 見つからない場合はNone

result = find_user_by_email("charlie@example.com")

# Noneチェックが必要（ないとVSCodeで警告が表示される）
if result is not None:
    print(f"Found user: {result}")
else:
    print("User not found")

「is not None」のチェックがないとき、Noneだと実行ができない処理の場合に以下のように警告が表示される。

実践的な例：ユーザー検索機能

実際のコードで型ヒントがどのように活用されるか見てみよう。

from typing import Optional

def find_user_by_id(users: list[dict[str, str]], user_id: str) -> dict[str, str] | None:
    for user in users:
        if user.get('id') == user_id:
            return user
    return None

users = [
    {'id': '001', 'name': '田中'},
    {'id': '002', 'name': '佐藤'},
]

user = find_user_by_id(users, '001')
if user is not None:
    print(user['name'])  # 田中

この例では、list[dict[str, str]] という複雑な型ヒントを使っている。これは「文字列をキーと値に持つ辞書のリスト」という意味だ。

クラスを使った型ヒントの例

より複雑な例として、クラスを使った商品分類システムを見てみよう。

class Product:
    def __init__(self, name: str, category: str):
        self.name = name
        self.category = category

items = [
    Product(name='ノートPC', category='電子機器'),
    Product(name='マウス', category='電子機器'),
    Product(name='コーヒー', category='飲料'),
]

def group_items_by_category(items: list[Product]) -> dict[str, list[str]]:
    result: dict[str, list[str]] = {}
    for item in items:
        category = item.category
        name = item.name
        if category not in result:
            result[category] = []
        result[category].append(name)
    return result

items_group = group_items_by_category(items)
print(items_group)
# {'電子機器': ['ノートPC', 'マウス'], '飲料': ['コーヒー']}

この関数は list[Product] を受け取り、dict[str, list[str]]を返している。型ヒントがあることで、関数の入力と出力が明確になり、使う側も安心してコードを書ける。