Pythonのクロージャ（Closure）：関数に状態を持たせる仕組みとnonlocal文

2025年11月25日

Pythonにおける「クロージャ（Closure）」は、関数型プログラミングの重要な概念の一つです。簡単に言えば、**「自分自身が定義された環境（スコープ）にある変数を保持し続ける関数」**のことを指します。

通常、関数内で定義されたローカル変数は、関数の実行が終了するとメモリから破棄されます。しかし、クロージャを使用すると、関数の実行が終了した後でも、その関数内の変数の値を保持（記憶）し続けることができます。これは、クラスを使わずに「状態」を持つ仕組みを作りたい場合に非常に有効です。

この記事では、クロージャの基本的な仕組みと、変数を更新するために必要な nonlocal 文について解説します。

クロージャの基本構造

クロージャを作成するには、以下の条件を満たす必要があります。

入れ子関数（ネスト関数）: 関数の中に、別の関数（内部関数）を定義する。
外部変数の参照: 内部関数が、外側の関数の変数を参照している。
関数の返却: 外側の関数が、戻り値として「内部関数そのもの」を返す。

具体的なコード例：乗算器の作成

例として、指定した倍率で数値を掛け合わせる関数を生成する「ファクトリー関数」を作成します。

def create_multiplier(factor):
    """
    指定された倍率(factor)を保持するクロージャを作成して返す
    """
    
    # --- 内部関数 ---
    def multiplier(number):
        # 外側の関数の変数 factor を参照している
        return number * factor
    # ----------------
    
    # 内部関数を実行せずに、関数オブジェクトとして返す
    return multiplier

# 1. 「3倍にする関数」を作成
times_three = create_multiplier(3)

# 2. 「5倍にする関数」を作成
times_five = create_multiplier(5)

# 生成された関数を実行
print(f"10を3倍: {times_three(10)}")
print(f"10を5倍: {times_five(10)}")

# 関数が保持している環境を確認（参考）
print(f"保持している値: {times_three.__closure__[0].cell_contents}")

実行結果:

10を3倍: 30
10を5倍: 50
保持している値: 3

解説

create_multiplier(3) の実行が終了した時点で、本来であれば引数 factor は破棄されるはずです。しかし、戻り値である times_three 関数（実体は multiplier）は、自分が定義された時の環境である factor=3 という状態を保持し続けています。これがクロージャです。

状態を更新する：`nonlocal` 宣言

クロージャで保持している変数を「参照」するだけでなく、「更新（書き換え）」したい場合には注意が必要です。

Pythonでは、関数内で変数に代入を行うと、それは自動的に「その関数内のローカル変数」とみなされます。そのため、内部関数から外側の変数を書き換えようとすると、新しい変数が作られてしまい、意図した動作になりません（あるいはエラーになります）。

外側の変数を明示的に更新するためには、nonlocal 宣言を使用します。

具体的なコード例：貯金箱（状態の更新）

呼び出すたびに合計金額を加算していく「貯金箱」のような機能を作成します。

def create_wallet(initial_balance):
    """
    残高を保持し、預金するたびに更新するクロージャを返す
    """
    balance = initial_balance

    def deposit(amount):
        # 外側の変数 balance を更新することを宣言
        nonlocal balance
        
        balance += amount
        print(f"{amount}円 預金しました。残高: {balance}円")
        return balance

    return deposit

# 1000円持っている状態のウォレットを作成
my_wallet = create_wallet(1000)

# 関数を呼び出すたびに、balance の状態が更新・保持される
my_wallet(500)
my_wallet(200)
my_wallet(1000)

実行結果:

500円 預金しました。残高: 1500円
200円 預金しました。残高: 1700円
1000円 預金しました。残高: 2700円

`nonlocal` がない場合

もし上記のコードで nonlocal balance を記述しなかった場合、balance += amount の行で UnboundLocalError（変数が定義前に参照された）が発生します。Pythonは balance を deposit 関数内の新しいローカル変数と解釈しますが、初期化前に加算しようとするためです。