ファイル入出力 — with open() で安全に読み書きする

プログラムが扱うデータの多くは、ハードディスク上のファイルとして保存されています。タスクリストを読み込んで一覧表示する、完了したタスクをログに書き出す、設定値をファイルから読む — どれも実務で頻繁に発生する操作です。

Python ではwith open()を使えば、これらをひとまとまりの安全な構文で記述できます。この記事ではwith open()の基本形から、読み込み 3 種 (read / readlines / readline)、書き込み (w) と追記 (a)、そしてフォルダ階層を持つパスの扱いまで、実際にファイルを動かしながら身につけます。

with open() でファイルを安全に開閉する

「ファイルを開く」というのは OS にリソースを掴ませる操作で、開いたら必ず閉じる必要があります。閉じ忘れるとファイルディスクリプタが枯渇したり、書き込み内容がバッファに残ったままディスクに反映されないといった問題が起きます。

ファイルディスクリプタ (FD) とは

FD (file descriptor)は OS が「いま開いているファイル」 1 つひとつに割り振る整数の IDです。open()のたびに新しい FD が払い出され、close()で OS に返却されます。プロセスが同時に持てる FD の数にはOS が決めた上限（Linux は既定で約 1,024 個）があり、これを使い切ると新しいopen()がOSError: Too many open filesで失敗するようになります。閉じ忘れの怖さはこの「数が決まっている資源を握ったままになる」点にあります。

with open(path, mode) as f:の形で書くと、ブロックを抜けた瞬間に自動でファイルが閉じられるため、こうしたミスがそもそも起こせません。as fのfは開いたファイルオブジェクトを受ける変数で、withブロックの中ではこのf経由で読み書きします。

パスはスラッシュ /でフォルダを区切ります。たとえばopen("data/tasks.txt", "r")と書けば、カレントディレクトリのdataフォルダの中にあるtasks.txtを開けます。Windows の\ではなく/を使うのが Python の慣習です（内部で OS ごとに変換されます）。

読み込み — read / readlines / readline

ファイルを読み込むにはopen(path, "r")のr（read = 読み込み）モードを使います。返ってきたファイルオブジェクトには3 種類の読み込みメソッドがあり、用途に応じて使い分けます。

- f.read() — ファイル全体を1 つの文字列として一気に読み込む

- f.readlines() — ファイル全体を行ごとの文字列リストとして読み込む

- f.readline() — 1 行だけ読み込む。繰り返し呼ぶと次の行が返り、末尾に達すると空文字列""が返る

# 全文を 1 つの文字列で取得
with open("data/tasks.txt", "r") as f:
    content = f.read()
print(type(content))     # <class 'str'>

# 行ごとのリストで取得
with open("data/tasks.txt", "r") as f:
    lines = f.readlines()
print(type(lines))       # <class 'list'>

# 1 行ずつ取得（次の呼び出しで次行）
with open("data/tasks.txt", "r") as f:
    first  = f.readline()   # "資料を作成する\n"
    second = f.readline()   # "メールを返信する\n"

ここから先はブラウザ用の仮想ファイルシステム (VFS) で動かします

右のコンソールはブラウザ内の仮想的なファイルシステムで、data/tasks.txtなどの教材ファイルがあらかじめ用意されています。ローカル PC で同じコードを動かす場合は、実行する Python ファイル（例: main.py）と同じ階層に data/ フォルダを作り、その中に tasks.txt を配置してから実行してください。パスの書き方（"data/tasks.txt"のように/で区切る）は本物の Python と完全に同じです。

右のコンソール上部の📂 ファイルボタンを押すと、教材があらかじめ用意したdata/tasks.txt（タスク 4 件）とdata/log.txt（履歴 3 行）の 2 つのファイルが見られます。

① with open("data/tasks.txt", "r") as f:でファイルを読み込みモードで開いてください。

② f.read()で全文を取得してcontentという変数に入れてください。

③ print(content)で表示してください。

（正しく実行できれば解説が表示されます）

1 行 = 1 件のレコードという形のファイル（CSV のヘッダ抜き、改行区切りのリスト、ログなど）を扱うときは、f.readlines()が便利です。返り値は行ごとに分割された文字列のリストで、各要素は末尾に改行\nが付いた状態です。

そのままprint()すると改行が二重になって読みづらいため、各行に.rstrip("\n")を当てて末尾の改行を落とすのが定石です。

今度はdata/log.txt（実行履歴 3 行）をreadlines()でリストとして読み込み、行番号を付けて表示します。タスク管理ツールでログ画面を作る、運用レポートを整形する、といったときの典型パターンです。

① with open("data/log.txt", "r") as f:で開き、f.readlines()の戻り値をlinesに入れてください。

② enumerate(lines, start=1)で1 から番号を振りながら for ループしてください。

③ 各行は末尾の改行を.rstrip()で落とし、f"{番号}: {本文}"の形でprintしてください。

大きなファイルは 1 行ずつ — readline とセイウチ演算子

f.read()やf.readlines()はファイル全体をメモリに展開します。テキストの設定ファイル程度なら問題ありませんが、サーバーログのように数 GBに達するファイルでは、メモリが足りずプログラムがクラッシュすることがあります。

f.readline()を使うと1 行だけをメモリに読み込めるため、メモリ使用量は常に 1 行分で済みます。readline()はファイル末尾に達すると空文字列 ""を返すので、これを使ってループの終端を判定します。

# 古典的な書き方: 空文字 "" を見たら break
with open("data/log.txt", "r") as f:
    while True:
        line = f.readline()
        if not line:           # 空文字 = ファイル末尾
            break
        print(line.rstrip())

セイウチ演算子 := で同じことが 1 行少なく書ける

Python 3.8 で導入されたセイウチ演算子 (walrus operator) :=を使うと、whileの条件式の中で代入と判定を同時に行えます。while line := f.readline():と書けば、「readline()の結果をlineに入れて、それが空文字でない間ループを続ける」 というコードを 1 行で表現できます。

今度はdata/tasks.txtをreadline() + セイウチ演算子の形で 1 行ずつ表示してみましょう。実運用では巨大なログ処理に使うパターンですが、ここでは挙動を確認するためにタスクファイルで試します。

① with open("data/tasks.txt", "r") as f:で開いてください。

② while line := f.readline():の形でlineに 1 行ずつ代入しながらループしてください。

③ 末尾の改行を.rstrip()で落としてprint(line.rstrip())で表示してください。

書き込み — w モードと a モード

ファイルへの書き込みは、open()の第 2 引数を書き込み系のモードに切り替えるだけです。実用上覚えておきたいのは 2 つです。

- "w"（write）— ファイルを新規作成 or 全上書き。既存内容は消える

- "a"（append）— ファイルの末尾に追記。既存内容は残る

書き込みメソッドも 2 つあります。f.write(s)は文字列sをそのまま書き、f.writelines(lst)は文字列のリストをまとめて書き込みます。書き込み先のパスにフォルダを含めれば、その中にファイルが作られます（フォルダがあらかじめ存在している前提です）。

# w モード: 文字列を 1 件ずつ書く
with open("data/done.txt", "w") as f:
    f.write("資料を作成する\n")
    f.write("メールを返信する\n")

# w モード: リストをまとめて書く（writelines）
with open("data/done.txt", "w") as f:
    f.writelines(["資料を作成する\n", "メールを返信する\n", "会議に参加する\n"])

# a モード: 末尾に追記
with open("data/done.txt", "a") as f:
    f.write("買い物をする\n")

改行 \n は自動で入らない

print()と違い、f.write()もf.writelines()も改行を勝手に入れてくれません。f.write("Hello")を 2 回呼んでもファイルにはHelloHelloと並ぶだけです。意図した位置で改行したいときは明示的に \n を入れるのが鉄則です。

data/ フォルダの中にdone.txt（完了タスクの記録）を新規作成して書き込み、その内容を読み返して表示します。data/フォルダはすでに存在しているので、そのままパスに含めてopenできます。

① with open("data/done.txt", "w") as f:で開いてください。

② f.write("完了タスク:\n")のあと、f.write("資料を作成する\n") f.write("メールを返信する\n")の順で 3 回書き込んでください。

③ 別のwith open("data/done.txt", "r") as f:で開き直し、print(f.read())で全文を表示してください。

④ 実行後、ヘッダーの📂 ファイルボタンを押すとパネルにdata/done.txtが増えていることが目で確認できます。

前の演習で作ったdata/done.txtのような状態を再現して、末尾に項目を追加します。wとaの挙動の違いをこの 1 本のコードで体験してみましょう。

① 最初にwith open("data/done.txt", "w") as f:で開いて、f.write("完了タスク:\n資料を作成する\n")で初期内容をセットしてください（毎回同じ状態から始めるための初期化）。

② 次にwith open("data/done.txt", "a") as f:で開いて、f.write("メールを返信する\n")を追記してください。

③ 最後にwith open("data/done.txt", "r") as f:で開き直し、print(f.read())で内容を確認してください。

発展 — ファイルを分析して結果を別ファイルに保存する

実務でもっとも頻繁に書く処理の 1 つが、入力ファイルを読み込んで何らかの分析を行い、結果を別のファイルに書き出すという流れです。open()を 2 回使い、片方は"r"、もう片方は"w"にするだけで実現できます。入力 → 加工 → 出力という 3 段階を、それぞれ別々のwithブロックに分けて書くのが読みやすくする定石です。

# data/log.txt を分析し、結果を data/log_summary.txt に保存する

# ① 入力: ログを読み込んで行リストにする
with open("data/log.txt", "r") as src:
    lines = src.readlines()

# ② 加工: 件数と最初/最後のエントリを集計
total   = len(lines)
first   = lines[0].rstrip()
last    = lines[-1].rstrip()
summary = f"件数: {total}\n最初: {first}\n最後: {last}\n"

# ③ 出力: 別ファイルに書き出す
with open("data/log_summary.txt", "w") as dst:
    dst.write(summary)

print("分析結果を data/log_summary.txt に保存しました")

data/products.txtに「商品名,値段」の形式で 4 行のデータが入っています。これを読み込んで合計金額を計算し、結果をdata/total.txtという別ファイルに書き出します。

① with open("data/products.txt", "r") as f:で開き、f.readlines()で行リストを取得してください。

② 各行を.rstrip()で末尾改行を落とし、.split(",")で商品名と値段に分解してください。値段は文字列なので int() で数値に変換してから合計に加算してください。

③ with open("data/total.txt", "w") as f:で開き、f.write(f"合計: {total} 円\n")で結果を書き込んでください。

④ 書き込み内容を確認するため、別のwith open("data/total.txt", "r") as f:でprint(f.read())してください。

文字エンコーディングは encoding="utf-8" が定石

実機の Python ではopen(path, "r", encoding="utf-8")のようにエンコーディングを明示します。Shift-JIS で保存されたファイルを UTF-8 で読み込もうとするとUnicodeDecodeErrorで止まり、その逆も同じく文字化けします。

世界標準はUTF-8で、新規に保存するファイルは UTF-8 で書くのが原則です。ブラウザ実行環境では裏側で UTF-8 に固定されているのでencoding=の指定がなくても動きますが、ローカルでスクリプトを書くときは付けるようにしましょう。