Argparse チュートリアル
***********************

author:
   Tshepang Lekhonkhobe

このチュートリアルでは、"argparse" を丁寧に説明します。"argparse" は、
Python 標準ライブラリの一部であり、おすすめのコマンドライン引数の解析
モジュールです。このドキュメントは Python 3 の argparse のために書かれ
ました。少しだけ細かな 2.x と 3.x の違いがあり、特にいくつかの例外メッ
セージがそうで、それらは 3.x で改善されたものです。

注釈: 同じタスクを満足するモジュールとして、 "getopt" (C言語の
  "getopt()" と同等) と廃止予定の "optparse" と呼ばれる二つのモジュー
  ルがあります 。 "argparse" は "optparse" をベースにしているので、使
  用方法がよく似 ています。


コンセプト
==========

**ls** コマンドを使って、このチュートリアルで私たちが学ぶ機能をいくつ
か見てみましょう:

   $ ls
   cpython  devguide  prog.py  pypy  rm-unused-function.patch
   $ ls pypy
   ctypes_configure  demo  dotviewer  include  lib_pypy  lib-python ...
   $ ls -l
   total 20
   drwxr-xr-x 19 wena wena 4096 Feb 18 18:51 cpython
   drwxr-xr-x  4 wena wena 4096 Feb  8 12:04 devguide
   -rwxr-xr-x  1 wena wena  535 Feb 19 00:05 prog.py
   drwxr-xr-x 14 wena wena 4096 Feb  7 00:59 pypy
   -rw-r--r--  1 wena wena  741 Feb 18 01:01 rm-unused-function.patch
   $ ls --help
   Usage: ls [OPTION]... [FILE]...
   List information about the FILEs (the current directory by default).
   Sort entries alphabetically if none of -cftuvSUX nor --sort is specified.
   ...

上の４つの実行結果から、以下のことが分かります:

* **ls** コマンドは、まったくオプションを指定せずに実行したとしても
  役 に立ちます。デフォルトの動作は、カレントディレクトリの内容を表示
  する ことです。

* デフォルトの動作で提供される以上のことをしたい場合、すこしだけオプ
  シ ョンを指定する必要があります。別のディレクトリ "pypy" を表示した
  い場 合、私たちがしたことは、位置指定引数 (positional argument) とし
  て知 られる引数を指定することです。これは、引数がコマンドラインのど
  の位置 に現れたかということだけを基に、プログラムがその値について何
  をするの か分かるべきなので、このように名づけられています。このコン
  セプトは **cp** のようなコマンドで重要な意味があります。 **cp** コマ
  ンドのも っとも基本的な使い方は、 "cp SRC DEST" です。最初の引数は *
  何をコピ ーしたいか* であり、二つ目の引数は *どこにコピーしたいか*
  を意味しま す。

* プログラムの振る舞いを変えましょう。例では、単にファイル名を表示す
  る 代わりにそれぞれのファイルに関する多くの情報を表示します。このケ
  ース では、"-l" はoptional引数として知られます。

* ヘルプテキストの抜粋です。この実行の仕方は、まだ使用したことがない
  プ ログラムにたいして行うと有用で、ヘルプテキストを読むことで、プロ
  グラ ムがどのように動作するかわかります。


基礎
====

（ほとんど）何もしない、とても簡単な例から始めましょう:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.parse_args()

下記がこのコードを実行した結果です:

   $ python prog.py
   $ python prog.py --help
   usage: prog.py [-h]

   optional arguments:
     -h, --help  show this help message and exit
   $ python prog.py --verbose
   usage: prog.py [-h]
   prog.py: error: unrecognized arguments: --verbose
   $ python prog.py foo
   usage: prog.py [-h]
   prog.py: error: unrecognized arguments: foo

こんなことが起こりました:

* オプションなしでスクリプトを実行した結果、なにも標準出力に表示され
  ま せんでした。それほど便利ではありませんね。

* 二つ目の実行結果から "argparse" モジュールの有用性がわかります。ほ
  と んど何もしていないのに、すてきなヘルプメッセージが手に入りました
  。

* "--help" （これは "-h" と短縮できます）だけが無料のオプションです
  （ つまりプログラムで指示する必要はありません）。他のオプションを指
  定す るとエラーになります。エラー時の有用な用法メッセージも、プログ
  ラムで 指示することなく出力できます。


位置指定引数の導入
==================

例:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("echo")
   args = parser.parse_args()
   print args.echo

このコードを実行してみましょう:

   $ python prog.py
   usage: prog.py [-h] echo
   prog.py: error: the following arguments are required: echo
   $ python prog.py --help
   usage: prog.py [-h] echo

   positional arguments:
     echo

   optional arguments:
     -h, --help  show this help message and exit
   $ python prog.py foo
   foo

こんなことが起こりました:

* "add_argument()" メソッドを追加しました。このメソッドはプログラム
  が どんなコマンドラインオプションを受け付けるか指定するためのもので
  す。 このケースではオプションにその機能と合うように "echo" と名付け
  ました 。

* プログラムを実行すると、オプションを指定するように要求されます。

* "parse_args()" メソッドは指定されたオプションのデータを返します。
  こ のケースでは "echo" です。

* この変数は "argparse" が自動的に行うある種の魔法です（つまり、値を
  格 納する変数を指定する必要がありません）。変数の名前がメソッドに与
  えた 文字列引数 "echo" と同じことに気付いたでしょう。

ヘルプメッセージは十分なように見えますが、それほど分かりやすくもありま
せん。たとえば、"echo" は位置指定引数であることがわかりますが、それが
何であるかを知るためには推測するかソースコードを見なけれなりません。も
うすこしヘルプメッセージ分かりやすくしてみましょう:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("echo", help="echo the string you use here")
   args = parser.parse_args()
   print args.echo

修正した結果は以下のようになります:

   $ python prog.py -h
   usage: prog.py [-h] echo

   positional arguments:
     echo        echo the string you use here

   optional arguments:
     -h, --help  show this help message and exit

次は、もっと有益なことをしてみませんか？:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("square", help="display a square of a given number")
   args = parser.parse_args()
   print args.square**2

下記がこのコードを実行した結果です:

   $ python prog.py 4
   Traceback (most recent call last):
     File "prog.py", line 5, in <module>
       print args.square**2
   TypeError: unsupported operand type(s) for ** or pow(): 'str' and 'int'

上手くいきませんでした。 何も伝えなければ、"argparse" は与えられたオプ
ションを文字列として扱います。 "argparse" にオプションの値を整数として
扱うように伝えましょう:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("square", help="display a square of a given number",
                       type=int)
   args = parser.parse_args()
   print args.square**2

下記がこのコードを実行した結果です:

   $ python prog.py 4
   16
   $ python prog.py four
   usage: prog.py [-h] square
   prog.py: error: argument square: invalid int value: 'four'

今度は上手くいきました。このプログラムは不正な入力が与えられるとそれを
処理せずに、より親切なメッセージを表示して実行を終了します。


Optional引数の導入
==================

ここまで位置指定引数を扱ってきました。optional引数を追加する方法につい
ても見ていきましょう:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("--verbosity", help="increase output verbosity")
   args = parser.parse_args()
   if args.verbosity:
       print "verbosity turned on"

実行してみましょう:

   $ python prog.py --verbosity 1
   verbosity turned on
   $ python prog.py
   $ python prog.py --help
   usage: prog.py [-h] [--verbosity VERBOSITY]

   optional arguments:
     -h, --help            show this help message and exit
     --verbosity VERBOSITY
                           increase output verbosity
   $ python prog.py --verbosity
   usage: prog.py [-h] [--verbosity VERBOSITY]
   prog.py: error: argument --verbosity: expected one argument

こんなことが起こりました:

* プログラムは、"--verbosity" が指定された場合はなにかしらを表示し、
  指 定されなければ何も表示をしないように書かれています。

* optional 引数を指定せずにプログラムを実行したときにエラーにならな
  い ことから、このオプションの指定が任意（optional)であることがわかり
  ま す。注意すべき点として、デフォルトでは、optional 引数が使用されな
  い ときは、関連する変数（このケースでは、 "args.verbosity"）の値に
  "None" が設定されることです。こうする理由は "if" 文の真偽判定が偽を
  返すようにするためです。

* ヘルプメッセージが少し変わりました。

* "--verbosity" オプションを使うには、そのオプションにひとつの値を指
  定 しなければなりません。

上記の例では、"--verbosity" に任意の整数を取れます。この簡単なプログラ
ムでは、実際には "True" または "False" の二つの値だけが有効です。そう
なるようにコードを修正してみましょう:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("--verbose", help="increase output verbosity",
                       action="store_true")
   args = parser.parse_args()
   if args.verbose:
      print "verbosity turned on"

実行してみましょう:

   $ python prog.py --verbose
   verbosity turned on
   $ python prog.py --verbose 1
   usage: prog.py [-h] [--verbose]
   prog.py: error: unrecognized arguments: 1
   $ python prog.py --help
   usage: prog.py [-h] [--verbose]

   optional arguments:
     -h, --help  show this help message and exit
     --verbose   increase output verbosity

こんなことが起こりました:

* いまや、このオプションは値をとるオプションというよりは、フラグにな
  り ました。オプションの名前をその意図に合うように変更しました。新し
  いキ ーワード引数 "action" に ""store_true"" を値として渡しているこ
  とに注 意してください。これはオプションが指定されると "args.verbose"
  に "True" を代入することを意味しています。もしオプションが指定されな
  け れば代入される値は "False" になります。

* フラグは値を取るべきではないので、値を指定するとプログラムはエラー
  に なります。

* ヘルプテキストが変わっています。


短いオプション
--------------

コマンドラインになれていれば、オプションの短いバージョンの話題に触れて
いないことに気付いたでしょう。それはとても簡単です:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("-v", "--verbose", help="increase output verbosity",
                       action="store_true")
   args = parser.parse_args()
   if args.verbose:
       print "verbosity turned on"

上記のプログラムを実行するとこうなります:

   $ python prog.py -v
   verbosity turned on
   $ python prog.py --help
   usage: prog.py [-h] [-v]

   optional arguments:
     -h, --help     show this help message and exit
     -v, --verbose  increase output verbosity

新しい機能がヘルプテキストにも反映されている点に気付いたでしょう。


位置指定引数とOptional引数の併用
================================

プログラムが複雑になってきました:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("square", type=int,
                       help="display a square of a given number")
   parser.add_argument("-v", "--verbose", action="store_true",
                       help="increase output verbosity")
   args = parser.parse_args()
   answer = args.square**2
   if args.verbose:
       print "the square of {} equals {}".format(args.square, answer)
   else:
       print answer

出力は以下のようになります:

   $ python prog.py
   usage: prog.py [-h] [-v] square
   prog.py: error: the following arguments are required: square
   $ python prog.py 4
   16
   $ python prog.py 4 --verbose
   the square of 4 equals 16
   $ python prog.py --verbose 4
   the square of 4 equals 16

* 位置指定引数を元に戻したので、引数を指定しないとエラーになりました
  。

* ２つのオプションの順序を考慮しないことに注意してください。

複数の詳細レベルを値にとれるようにプログラムを元に戻して、指定された値
を使ってみましょう:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("square", type=int,
                       help="display a square of a given number")
   parser.add_argument("-v", "--verbosity", type=int,
                       help="increase output verbosity")
   args = parser.parse_args()
   answer = args.square**2
   if args.verbosity == 2:
       print "the square of {} equals {}".format(args.square, answer)
   elif args.verbosity == 1:
       print "{}^2 == {}".format(args.square, answer)
   else:
       print answer

実行してみましょう:

   $ python prog.py 4
   16
   $ python prog.py 4 -v
   usage: prog.py [-h] [-v VERBOSITY] square
   prog.py: error: argument -v/--verbosity: expected one argument
   $ python prog.py 4 -v 1
   4^2 == 16
   $ python prog.py 4 -v 2
   the square of 4 equals 16
   $ python prog.py 4 -v 3
   16

プログラムのバグである最後の結果を除いて、上手く行っているようです。こ
のバグを、"--verbosity" オプションが取れる値を制限することで修正しまし
ょう:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("square", type=int,
                       help="display a square of a given number")
   parser.add_argument("-v", "--verbosity", type=int, choices=[0, 1, 2],
                       help="increase output verbosity")
   args = parser.parse_args()
   answer = args.square**2
   if args.verbosity == 2:
       print "the square of {} equals {}".format(args.square, answer)
   elif args.verbosity == 1:
       print "{}^2 == {}".format(args.square, answer)
   else:
       print answer

実行してみましょう:

   $ python prog.py 4 -v 3
   usage: prog.py [-h] [-v {0,1,2}] square
   prog.py: error: argument -v/--verbosity: invalid choice: 3 (choose from 0, 1, 2)
   $ python prog.py 4 -h
   usage: prog.py [-h] [-v {0,1,2}] square

   positional arguments:
     square                display a square of a given number

   optional arguments:
     -h, --help            show this help message and exit
     -v {0,1,2}, --verbosity {0,1,2}
                           increase output verbosity

変更がエラーメッセージとヘルプメッセージの両方に反映されていることに注
意してください。

詳細レベルついて、違ったアプローチを試してみましょう。これは CPython
実行可能ファイルがその詳細レベル引数を扱う方法と同じです。（ "python
--help" の出力を確認してください）:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("square", type=int,
                       help="display the square of a given number")
   parser.add_argument("-v", "--verbosity", action="count",
                       help="increase output verbosity")
   args = parser.parse_args()
   answer = args.square**2
   if args.verbosity == 2:
       print "the square of {} equals {}".format(args.square, answer)
   elif args.verbosity == 1:
       print "{}^2 == {}".format(args.square, answer)
   else:
       print answer

もう一つの action である "count" を紹介します。これは指定されたオプシ
ョンの出現回数をカウントします:

   $ python prog.py 4
   16
   $ python prog.py 4 -v
   4^2 == 16
   $ python prog.py 4 -vv
   the square of 4 equals 16
   $ python prog.py 4 --verbosity --verbosity
   the square of 4 equals 16
   $ python prog.py 4 -v 1
   usage: prog.py [-h] [-v] square
   prog.py: error: unrecognized arguments: 1
   $ python prog.py 4 -h
   usage: prog.py [-h] [-v] square

   positional arguments:
     square           display a square of a given number

   optional arguments:
     -h, --help       show this help message and exit
     -v, --verbosity  increase output verbosity
   $ python prog.py 4 -vvv
   16

* 前のバージョンのスクリプトのようにフラグ ("action="store_true"" に
  似 ています）になりました。エラーとなる理由がわかります。（訳注: ５
  つ目 の例では "-v" オプションに引数を与えたため、エラーとなっていま
  す。）

* これは"store_true" アクションによく似た動作をします。

* では "count" アクションが何をもたらすかデモンストレーションをしま
  す 。おそらくこのような使用方法を前に見たことがあるでしょう。

* "store_true" アクションと同じように "-v" フラグを指定しなければ、
  フ ラグは "None" とみなされます。

* 期待通り、長い形式のフラグを指定しても同じ結果になります。

* 残念ながら、このヘルプ出力はプログラムが新しく得た機能についてそこ
  ま で有益ではありません。しかし、スクリプトのドキュメンテーションを
  改善 することでいつでも修正することができます（例えば、"help" キーワ
  ード 引数を使用することで）。

* 最後の出力はプログラムにバグがあることを示します。

修正しましょう:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("square", type=int,
                       help="display a square of a given number")
   parser.add_argument("-v", "--verbosity", action="count",
                       help="increase output verbosity")
   args = parser.parse_args()
   answer = args.square**2

   # bugfix: replace == with >=
   if args.verbosity >= 2:
       print "the square of {} equals {}".format(args.square, answer)
   elif args.verbosity >= 1:
       print "{}^2 == {}".format(args.square, answer)
   else:
       print answer

これが結果です:

   $ python prog.py 4 -vvv
   the square of 4 equals 16
   $ python prog.py 4 -vvvv
   the square of 4 equals 16
   $ python prog.py 4
   Traceback (most recent call last):
     File "prog.py", line 11, in <module>
       if args.verbosity >= 2:
   TypeError: unorderable types: NoneType() >= int()

* 最初の出力は上手くいっていますし、以前のバグが修正されています。最
  も 詳細な出力を得るには、2 以上の値が必要です。

* 三番目の結果は、よくありません。

このバグを修正しましょう:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("square", type=int,
                       help="display a square of a given number")
   parser.add_argument("-v", "--verbosity", action="count", default=0,
                       help="increase output verbosity")
   args = parser.parse_args()
   answer = args.square**2
   if args.verbosity >= 2:
       print "the square of {} equals {}".format(args.square, answer)
   elif args.verbosity >= 1:
       print "{}^2 == {}".format(args.square, answer)
   else:
       print answer

もう一つのキーワード引数である "default" を導入しました。整数値と比較
できるように、その値に "0" を設定しました。デフォルトでは、optional 引
数が指定されていない場合 "None" となること、"None" が整数値と比較でき
ない（よって "TypeError" 例外となる）ことを思い出してください。

こうなりました:

   $ python prog.py 4
   16

ここまで学んできたことだけで、さまざまな事が実現できます。しかしまだ表
面をなぞっただけです。 "argparse" モジュールはとても強力ですので、チュ
ートリアルを終える前にもう少しだけ探検してみましょう.


もうちょっとだけ学ぶ
====================

もし、この小さなプログラムを二乗以外の累乗が行えるように拡張するとどう
なるでしょうか:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("x", type=int, help="the base")
   parser.add_argument("y", type=int, help="the exponent")
   parser.add_argument("-v", "--verbosity", action="count", default=0)
   args = parser.parse_args()
   answer = args.x**args.y
   if args.verbosity >= 2:
       print "{} to the power {} equals {}".format(args.x, args.y, answer)
   elif args.verbosity >= 1:
       print "{}^{} == {}".format(args.x, args.y, answer)
   else:
       print answer

出力:

   $ python prog.py
   usage: prog.py [-h] [-v] x y
   prog.py: error: the following arguments are required: x, y
   $ python prog.py -h
   usage: prog.py [-h] [-v] x y

   positional arguments:
     x                the base
     y                the exponent

   optional arguments:
     -h, --help       show this help message and exit
     -v, --verbosity
   $ python prog.py 4 2 -v
   4^2 == 16

これまで、出力されるテキストを *変更する* ために詳細レベルを使ってきま
した。かわりに下記の例では、*追加の* テキストを出力するのに詳細レベル
を使用します:

   import argparse
   parser = argparse.ArgumentParser()
   parser.add_argument("x", type=int, help="the base")
   parser.add_argument("y", type=int, help="the exponent")
   parser.add_argument("-v", "--verbosity", action="count", default=0)
   args = parser.parse_args()
   answer = args.x**args.y
   if args.verbosity >= 2:
       print "Running '{}'".format(__file__)
   if args.verbosity >= 1:
       print "{}^{} ==".format(args.x, args.y),
   print answer

出力:

   $ python prog.py 4 2
   16
   $ python prog.py 4 2 -v
   4^2 == 16
   $ python prog.py 4 2 -vv
   Running 'prog.py'
   4^2 == 16


競合するオプション
------------------

ここまでで、 "argparse.ArgumentParser" インスタンスの二つのメソッドに
ついて学んできました。では三つ目のメソッド
"add_mutually_exclusive_group()" を紹介しましょう。このメソッドでは、
互いに競合するオプションを指定することができます。新しい機能がより意味
をなすようにプログラムを変更しましょう:  "--verbose" オプションと反対
の "--quiet" オプションを導入します:

   import argparse

   parser = argparse.ArgumentParser()
   group = parser.add_mutually_exclusive_group()
   group.add_argument("-v", "--verbose", action="store_true")
   group.add_argument("-q", "--quiet", action="store_true")
   parser.add_argument("x", type=int, help="the base")
   parser.add_argument("y", type=int, help="the exponent")
   args = parser.parse_args()
   answer = args.x**args.y

   if args.quiet:
       print answer
   elif args.verbose:
       print "{} to the power {} equals {}".format(args.x, args.y, answer)
   else:
       print "{}^{} == {}".format(args.x, args.y, answer)

プログラムはより簡潔になりましたが、デモのための機能が失われました。と
もかく下記が実行結果です:

   $ python prog.py 4 2
   4^2 == 16
   $ python prog.py 4 2 -q
   16
   $ python prog.py 4 2 -v
   4 to the power 2 equals 16
   $ python prog.py 4 2 -vq
   usage: prog.py [-h] [-v | -q] x y
   prog.py: error: argument -q/--quiet: not allowed with argument -v/--verbose
   $ python prog.py 4 2 -v --quiet
   usage: prog.py [-h] [-v | -q] x y
   prog.py: error: argument -q/--quiet: not allowed with argument -v/--verbose

これは分かりやすいでしょう。ここで得たちょっとした柔軟性を示すために最
後の出力を追加しました、つまり長い形式のオプションと短い形式のオプショ
ンの混在です。

結びの前に、恐らくあなたはプログラムの主な目的をユーザに伝えたいでしょ
う。万が一、彼らがそれを知らないときに備えて:

   import argparse

   parser = argparse.ArgumentParser(description="calculate X to the power of Y")
   group = parser.add_mutually_exclusive_group()
   group.add_argument("-v", "--verbose", action="store_true")
   group.add_argument("-q", "--quiet", action="store_true")
   parser.add_argument("x", type=int, help="the base")
   parser.add_argument("y", type=int, help="the exponent")
   args = parser.parse_args()
   answer = args.x**args.y

   if args.quiet:
       print answer
   elif args.verbose:
       print "{} to the power {} equals {}".format(args.x, args.y, answer)
   else:
       print "{}^{} == {}".format(args.x, args.y, answer)

使用方法のテキストが少し変化しました。"[-v | -q]" は "-v" または "-q"
のどちらかを使用できるが、同時に両方を使用できないことを意味します:

   $ python prog.py --help
   usage: prog.py [-h] [-v | -q] x y

   calculate X to the power of Y

   positional arguments:
     x              the base
     y              the exponent

   optional arguments:
     -h, --help     show this help message and exit
     -v, --verbose
     -q, --quiet


結び
====

"argparse" モジュールはここで学んだことより多くの機能を提供します。モ
ジュールのドキュメントはとても詳細で、綿密で、そしてたくさんの例があり
ます。このチュートリアルの体験したことで、気がめいることなくそれらの他
の機能を会得できるに違いありません。
