タートルに命令する

プログラミングとは，コンピュータに「何を」「どの順番で」やらせるかを 書き並べる作業です．コンピュータは気を利かせてくれません．書いたとおりに， 書いた順番どおりに動きます．そのかわり，何万回でも文句を言わずに繰り返します．

最初の相手はタートル（かめ）です．画面にいるかめに 「前に進め」「右を向け」と命令すると，かめは通った跡に線を残します． たったこれだけの仕組みですが，命令の並べ方しだいで驚くほど複雑な絵が描けます．

2.1　まずは動かしてみる

最初のプログラムです．右側で開いて，実行してみてください．

print("こんにちは")
print(1 + 2)

右下の「コンソール」に こんにちは と 3 が出れば成功です． print は「書き出す」という命令で，かっこの中に書いたものを表示します． 文字は "（ダブルクォート）で囲み，数はそのまま書きます． 1 + 2 が 3 になったように，かっこの中では計算もできます．

右側の中身を書き換えて，もう一度実行してみましょう．自分の名前を表示させたり， 1 + 2 を 7 * 8 に変えたりしてください（* はかけ算です）．

2.2　プログラムの決まりごと

ここからが本題です．いきなり完成品を見てみましょう．家を描くプログラムです． 開いて実行してください．

# 家を描くプログラム

from turtle import *

# 屋根を描く
lt(60)
fd(100)
rt(120)
fd(100)
rt(120)
fd(100)

# 本体（かべ）を描く
lt(90)
fd(100)
lt(90)
fd(100)
lt(90)
fd(100)
lt(90)
fd(100)

done()

「速さ」を「とてもゆっくり」にして，もう一度実行してみてください． かめが 1 本ずつ線を引いていく様子が見えます．プログラムが 上から順に実行されていることが目で確かめられます．

2.2.1　プログラムは何でできているか

いま見たような，文字で書き並べたプログラムのことを ソースコードといいます．短くコードとも呼びます． この教材で「コード欄」と言っているのは，ソースコードを書く場所のことです．

このソースコードは，次の要素からできています．

2.2.2　命令の区切りは「改行」

Python では，1 行に 1 つの命令を書きます． 行を変えることが「ここで命令がひとつ終わり」という合図です． 行末に ;（セミコロン）のような記号は要りません．

fd(100)
lt(90)

どうしても 1 行にまとめたいときは fd(100); lt(90) と書けますが， 読みにくくなるので，この教材では使いません．

2.2.3　コメントの書き方

コメントは人間のために書きます．コンピュータは読み飛ばしますが， 数日後の自分は必ず読みます． 「何をしているか」ではなく「なぜそうしているか」を書くと役に立ちます．

# これは行コメント．行末まで無視される
fd(100)     # 命令の後ろに書いてもよい

"""
3 つ並べたダブルクォートで囲むと
何行でもまとめて書ける（ファイルの先頭の説明に使う）
"""

コメントにはもう一つ使い道があります． いまは実行させたくない行の先頭に # を付けて， 一時的に無効にすることです．これをコメントアウトといいます． 消してしまうと書き直すのが面倒ですが，コメントアウトしておけば # を外すだけで元に戻せます． うまく動かない原因を探すときの常とう手段です（2.7.5 項）．

2.2.4　行の先頭の空白には意味がある

Python では，行の先頭の空白（インデント）が文法の一部です． 意味もなく字下げするとエラーになります．

fd(100)
    lt(90)     ← いきなり字下げするとエラー

第 5 章以降，「ここからここまでが 1 つのかたまり」を表すために字下げを使います． 今回はすべての行を左端から書いてください．

2.2.5　記号の読み方

プログラムでは，ふだんの文章ではあまり使わない記号が次々に出てきます． 名前を知らない記号は，覚えることも質問することもできません． 先に読み方を押さえておきましょう．

2.2.6　プログラムの流れは 3 つしかない

ここで一度，全体の見取り図を見せておきます． 世の中のプログラムは，どんなに大きく複雑なものでも， たった 3 つの流れの形の組み合わせでできています．

今回使うのは順次だけです． 家のプログラムが上から順に実行されたのも，これが順次の形だからです． ですから今回は，やりたいことを全部，順番に書き並べることになります． 同じ行が何度も並んで面倒に感じるはずですが，それでかまいません．

2.3　かめに出す基本の命令

2.3.1　進む — fd と bk

fd は forward（前へ），bk は back（後ろへ）の略です． どちらも向きは変わりません．bk はかめが後ずさりします．

2.3.2　回る — lt と rt

lt は left（左へ），rt は right（右へ）の略です． かっこの中には回る角度を書きます． ここが初めのうちに間違えやすいところです．角度は 「どちらの方角を向くか」ではなく「その場で何度回るか」を表します．

lt(90) を 2 回続けて書けば，合計 180 度回ることになります． 次のプログラムで角度を変えながら確かめてください．

from turtle import *

fd(80)
lt(120)      # ここの数を変えてみる
fd(80)

done()

from turtle import *

pensize(3)

fd(120)
____(90)
fd(____)

done()

2.3.3　ペンを上げる・下ろす

かめはペンを持っていて，進むと線を引きます．pu()（pen up）でペンを上げると， 進んでも線が引かれません．離れた場所に描きたいときに使います． pd()（pen down）で下ろすと，また線を引くようになります．

from turtle import *

fd(60)

pu()        # ペンを上げる
fd(40)      # ここは線が引かれない
pd()        # ペンを下ろす

fd(60)

done()

2.3.4　色と太さ

pencolor で線の色，pensize で太さを変えます． どちらもそれ以降に描く線に効きます．すでに描いた線は変わりません．

from turtle import *

pensize(6)

pencolor("red")
fd(80)
lt(120)

pencolor("green")
fd(80)
lt(120)

pencolor("blue")
fd(80)
lt(120)

done()

2.3.5　かめの初期位置と向き

プログラムを始めたとき，かめは画面の中央にいて， 右（東）を向いています．だから最初に fd と書くと右へ進みます．

画面には座標があり，中央が (0, 0)，右が x の正の向き， 上が y の正の向きです．数学のグラフと同じ向きで，画面の座標としては 上下が逆（下向きが正）になっていない点に注意してください．

2.4　閉じた図形を描く

2.4.1　正方形 — 閉じた図形の考え方

「進む」と「曲がる」を交互に並べると，閉じた図形になります． 正方形なら 90 度ずつ 4 回曲がれば，元の位置・元の向きに戻ります．

from turtle import *

fd(100)
lt(90)
fd(100)
lt(90)
fd(100)
lt(90)
fd(100)
lt(90)

done()

from turtle import *

pensize(2)
pencolor("seagreen")

fd(160)
lt(90)
fd(____)
lt(90)
fd(____)
lt(____)
fd(____)
lt(90)

done()

2.4.2　正多角形と「外角」

正五角形では何度曲がればよいでしょうか．内角（108 度）ではありません． かめが曲がるのは外角です．

考え方はとても簡単です．図形を 1 周してもとの向きに戻るということは， かめは全部で 360 度回ったということです． 角が n 個あるなら，1 か所あたり 360 ÷ n 度回ればよい．

from turtle import *

pensize(2)
pencolor("indigo")

fd(40)
rt(____)
fd(40)
rt(____)
fd(40)
rt(____)
fd(40)
rt(____)
fd(40)
rt(____)
fd(40)
rt(____)
fd(40)
rt(____)
fd(40)
rt(____)
fd(40)
rt(____)
fd(40)
rt(____)

done()

2.4.3　星はなぜ 144 度なのか

星（五芒星）は，1 周ではなく2 周しながら描く図形です． 5 か所で合計 720 度回るので，1 か所あたり 720 ÷ 5 = 144 度になります．

from turtle import *

pensize(3)
pencolor("gold")

fd(150)
rt(144)
fd(150)
rt(144)
fd(150)
rt(144)
fd(150)
rt(144)
fd(150)
rt(144)

done()

2.5　曲線を描く

かめは直線しか引けません．では円はどうやって描くのでしょうか． 答えは「ごく短い直線を，少しずつ向きを変えながらつなぐ」です．

from turtle import *

# 右まわりの円弧
rt(5)
fd(5)
rt(5)
fd(5)
rt(5)
fd(5)
rt(5)
fd(5)
rt(5)
fd(5)
rt(5)
fd(5)
rt(5)
fd(5)
rt(5)
fd(5)
rt(5)
fd(5)
rt(5)
fd(5)

# 左まわりの円弧
lt(5)
fd(5)
lt(5)
fd(5)
lt(5)
fd(5)
lt(5)
fd(5)
lt(5)
fd(5)
lt(5)
fd(5)
lt(5)
fd(5)
lt(5)
fd(5)
lt(5)
fd(5)

done()

やってみよう：角度と長さを小さくすると，もっとなめらかになります． rt(2) と fd(2) にしたらどうなるでしょうか． 逆に rt(20)，fd(20) にすると何が起きるでしょうか．

from turtle import *

pensize(3)
pencolor("darkcyan")

rt(____)
fd(12)
rt(10)
fd(12)
rt(10)
fd(12)
# ここから下に必要なだけ書き足す

done()

2.6　描き始める位置を変える

かめは必ず中央から始まります．別の場所から描き始めたいときは， ペンを上げて移動してから，ペンを下ろすのが基本です．

pu()        # ペンを上げて
bk(100)     # 左へ 100 下がって
pd()        # ペンを下ろす

行き先の座標がわかっているなら，goto(x, y) で一気に移動できます． home() と書けば，中央・右向きの最初の状態に戻ります．

from turtle import *

pensize(2)

# 左の正方形
pu()
goto(-180, -40)
pd()
fd(80)
lt(90)
fd(80)
lt(90)
fd(80)
lt(90)
fd(80)
lt(90)

# 中央の正方形
pu()
goto(-40, -40)
pd()
fd(80)
lt(90)
fd(80)
lt(90)
fd(80)
lt(90)
fd(80)
lt(90)

# 右の正方形
pu()
goto(100, -40)
pd()
fd(80)
lt(90)
fd(80)
lt(90)
fd(80)
lt(90)
fd(80)
lt(90)

done()

from turtle import *

ht()

pu()
goto(-250, 180)
pencolor("crimson")
dot(20)

goto(____, 180)
pencolor("royalblue")
dot(20)

goto(-250, ____)
pencolor("seagreen")
dot(20)

goto(____, ____)
pencolor("darkorange")
dot(20)

done()

2.7　エラーの読み方と直し方

プログラムは，最初から思いどおりに動くことのほうが稀です． プロでも同じです．大切なのは間違いを早く見つけて直せることで， 一発で当てることではありません．

2.7.1　文法の間違い（SyntaxError）

書き方そのものが Python の決まりに合っていないと， 1 行も実行されずに止まります． 次のプログラムはかっこが閉じていません．開いて実行し，エラーを見てください．

from turtle import *

fd(100
lt(90)
fd(100)

done()

SyntaxError と表示されます．「文法（syntax）の誤り」という意味です． 示された行に間違いが見当たらないときは，その 1 つ上の行を疑ってください． かっこの閉じ忘れは，次の行まで読んで初めて「おかしい」と気づかれるためです．

2.7.2　名前の間違い（NameError）

次は，書き方は正しいけれど，そんな名前の命令が無い場合です．

from turtle import *

fd(100)
LT(90)
fd(100)

done()

4 行目: NameError: name 'LT' is not defined と出ます． 「4 行目の LT という名前は知りません」という意味です． Python は大文字と小文字を区別するので，lt に直せば動きます．

この種のエラーは途中まで実行されてから止まります． 実際，タートル画面には最初の fd(100) の線が残っているはずです． どこまで描けているかを見れば，どこで止まったかがわかります．

2.7.3　目に見えない間違い（全角文字）

いちばんたちが悪いのが，全角文字の混入です． 日本語入力のまま打ってしまったときに起こります． 次のプログラムには 2 か所しかけてあります．開いて実行し，直してみてください．

from turtle import *

　pensize(3)
pencolor("crimson”)

fd(100)
lt(90)
fd(100)

done()

まず SyntaxError: invalid non-printable character U+3000 と出ます． U+3000 は全角スペースのことです． 3 行目の pensize(3) の前に，見えない全角スペースが 1 つ入っています． 行の先頭にカーソルを置いて Backspace で消してください． 字下げのつもりが無くても，全角スペースがあれば文字として扱われます．

直すと，今度は SyntaxError: unterminated string literal（文字列が閉じられていない）が出ます． 4 行目の閉じ側が ”（全角）になっているためです． 半角の " に打ち直せば，赤い線が引かれます．

2.7.4　初めのうちに多い間違い

2.7.5　バグを見つける手順

エラーが出ないのに思ったとおりの形にならないことをバグといい， それを直すことをデバッグといいます． コンピュータは必ず命令したとおりに動きます． つまりバグは，コンピュータではなく命令した側の間違いです．

1. 速さを「とてもゆっくり」にして実行する．かめがどこで思っていない方向に曲がったかを目で追う．これが一番速い．
2. 途中まで消す．怪しいところより後ろを全部コメントにして（各行の先頭に # を付けて），そこまでは正しいかを確かめる．
3. 紙に描いてみる．かめの気持ちになって，自分の体の向きを変えながらたどってみると，角度の間違いはすぐ見つかる．
4. 少しずつ書いて，そのつど実行する．20 行書いてから実行すると，間違いが 20 行のどこにあるかわからない．2〜3 行書いては実行する人のほうが，結果的にずっと速い．

2.8　この章で出てきた命令

演習

以下の演習には，出発点となるプログラムが入っています． 「▶ この演習を開く」で右側に読み込み，それを発展させて作品にしてください． できあがったら「⤓ 保存」でファイルに保存して，手元に残しておきましょう．

まとめ

• プログラムの流れの形は順次・分岐・反復の 3 つだけ．今回使ったのは順次で，プログラムは上から順に実行される．
• fd で進み，lt・rt で向きを変える．この 2 つだけで図形が描ける．
• 角度は「その場で何度回るか」．閉じた図形を 1 周すると合計 360 度になるので，正 n 角形の角度は 360 ÷ n．
• 曲線は，短い直線を少しずつ曲げてつないだもの（ディジタル表現）．
• 描き始める位置を変えるときは pu() → 移動 → pd()．
• エラーは行番号と種類を読む．とくに多いのは全角文字の混入．半角入力モードで書くこと．形がおかしいときは速度を落とし，少しずつ書いて確かめる．

次の回では，「100」のような数に名前をつけて覚えさせる変数を習います． 家の大きさを 1 か所変えるだけで全体が拡大・縮小できるようになります．

復習：虫食いで確かめる

コードの ____ を埋めてください．実行前に結果を予測し，実行後に問題文の条件と照合しましょう．assert は条件が成り立つかを調べ，成り立たないとエラーになります．

from turtle import *
forward(60)
____(60)
done()