実行時エラー（ランタイムエラー）とは？

実行時エラー（ランタイムエラー）は、プログラムが動き始めてから姿を現します。コードは開始前のチェックをすべて通過し、しばらくは正しく動き、そしてその時点の値では実行できない処理に到達します。次の関数は、あるリストではうまく動き、別のリストでは失敗します。

def average(scores):
    return sum(scores) / len(scores)

print(average([72, 88, 95]))
print(average([]))

85.0
Traceback (most recent call last):
  File "main.py", line 5, in <module>
    print(average([]))
          ^^^^^^^^^^^
  File "main.py", line 2, in average
    return sum(scores) / len(scores)
           ~~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~
ZeroDivisionError: division by zero

1回目の呼び出しは 85.0 を表示します。2回目は空のリストを渡しているので、len(scores) が0になり、割り算ができません。文法にはどこも問題がないので、これは構文エラーではありません。問題は特定のデータのときにだけ存在します。だからこそ、実行時エラーは100回正しく動いたプログラムにも現れることがあるのです。

実行時エラーが起きると何が起こるのか

1. プログラムがある処理に到達します。ここでは sum(scores) / len(scores) です。
2. ランタイムは実行する前にその処理をチェックします。CPythonは割り算の前に除数を調べ、JVMは配列のインデックスをすべてチェックし、Pythonは辞書の値を返す前にキーが存在するかを確かめます。
3. チェックに失敗すると、ランタイムはエラーオブジェクトを作ります。PythonとJavaではこのオブジェクトが例外で、エラーの種類、メッセージ、発生した場所を記録しています。
4. ランタイムはその種類のエラーを処理するコードを探します。まず現在の関数の中、次にその関数を呼び出した関数の中、というように外側へ向かって探します。
5. 処理するコードがなければ、プログラムは停止します。Pythonはトレースバックを表示して終了ステータス1で終わります。Javaは Exception in thread "main" で始まるスタックトレースを表示します。

こうしたチェックがない言語では、振る舞いが異なります。Cは配列のインデックスもポインタもチェックしないので、不正なメモリアクセスは黙ってデータを壊すか、オペレーティングシステムがセグメンテーション違反でプログラムを終了させるかのどちらかになります。

失敗した行より前にプログラムが行ったことは、すべてすでに実行済みです。次のループは3つの色を表示してから、4回目で失敗します。

colors = ["red", "green", "blue"]

for i in range(4):
    print(colors[i])

red
green
blue
Traceback (most recent call last):
  File "main.py", line 4, in <module>
    print(colors[i])
          ~~~~~~^^^
IndexError: list index out of range

トレースバックの読み方

Pythonのトレースバックは下から上に読みます。最後の行にはエラーの種類とメッセージが書かれています（ZeroDivisionError: division by zero）。その上の行は呼び出しの連鎖で、古いものが先、最新のものが最後に並びます。最初の例では、5行目が average を呼び出し、average の中の2行目で割り算が失敗しています。

エラーが起きた行が、直すべき行とは限りません。average の2行目は正しいのです。本当の問題は、なぜ空のリストがそこに届いたのかです。おかしな値をその出どころまでたどり、そこで直してください。自分で書いていないライブラリのファイルをトレースバックが通っている場合は、自分のファイルを指している最後の行を探します。

よくある実行時エラー

以下のメッセージはどれもPython 3.12からそのまま写したものです。

Javaにもそのまま対応するものがあります。ArithmeticException、ArrayIndexOutOfBoundsException、NumberFormatException、NullPointerException などです。誰も捕捉しない整数のゼロ除算は、Javaでは次のように表示されます。

Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero

JavaScriptは数値に関しては寛容で、10 / 0 はエラーではなく Infinity になります。失敗するのは、存在しない値を使ったときです。user が undefined のときに user.name を読むと、Node.jsは次のように表示します。

TypeError: Cannot read properties of undefined (reading 'name')

実行時エラーの直し方

1. 再現します。同じ入力でプログラムをもう一度実行し、同じエラーが出ることを確認します。
2. トレースバックの最後の行を読み、自分のコードの中で対応する行を見つけます。
3. 関係する値を調べます。失敗する行の直前で値を表示するか、デバッガのブレークポイントでそこで止めます。
4. 原因を直します。インデックスを修正する、特別なケースを先に処理する、使う前に入力を検証する、といった方法です。

average 関数の場合は、スコアが1つもないときの平均をどうするかを決め、それをコードに書くのが修正方法です。

def average(scores):
    if len(scores) == 0:
        return 0
    return sum(scores) / len(scores)

print(average([72, 88, 95]))
print(average([]))

85.0
0

自分ではどうにもできない失敗もあります。削除されたファイル、タイムアウトするネットワーク、数字を入れるべきところに文字を入力するユーザーなどです。こうしたものはコードを直しても防げないので、例外処理で捕捉し、プログラムが次に何をするかを決めます。やってはいけないのは、バグを try で包んで隠すことです。1回多く数えてしまうループから出た IndexError は、捕捉すべきエラーではなく、直すべき誤りです。

WindowsやExcelに出る実行時エラーのメッセージ

この言葉は、自分のコード以外の場面でも目にします。Microsoft Visual C++ Runtime Library というタイトルのWindowsのダイアログに Runtime Error! と表示された場合、C++で書かれたプログラムが致命的なエラーに遭遇し、C++のランタイムがそれを終了させたという意味です。ユーザーとしてはそのコードを変更できないので、プログラムを更新する、Microsoft Visual C++ 再頒布可能パッケージを修復または再インストールする、ゲームであればグラフィックドライバを更新する、といった対処が一般的です。

VBAで書かれたExcelのマクロは、番号付きの実行時エラーを報告します。Run-time error '9': Subscript out of range は、存在しないワークシートや配列の要素をマクロが要求したという意味で、Run-time error '1004' は、ブック、シート、セル範囲に対する操作が失敗したときに出る一般的なエラーです。考え方はPythonと同じで、正しいコードが処理できない値に出会ったということです。

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実行時エラーには2つの仲間がいます。プログラムの開始前に見つかる構文エラーと、メッセージをまったく出さない論理エラーです。クラッシュする代わりに実行時エラーから回復するには、例外処理を読み、続けてPythonの例外とエラーのデバッグのガイドを読んでください。Pythonコースでは、毎回のレッスンでこのようなコードを書いて直していきます。