Pythonのarrayモジュール徹底解説：数値データを効率的に扱う配列の基本と活用術

配列（Array）は、C/C++やJavaなどの言語で広く使われている基本的なデータ構造です。これらの言語では、配列は「同じデータ型の要素を複数まとめたもの」として定義されます。一方Pythonには、組み込みの配列型は存在しません。リスト（List）やタプル（Tuple）も要素のコレクションですが、異なる型の要素を混在させることができます。

そこで登場するのがPython標準ライブラリのarrayモジュールです。このモジュールはC言語風の配列をエミュレートし、同種のデータをコンパクトかつ効率的に格納できます。モジュールではarrayクラスが定義されており、以下のコンストラクタで配列オブジェクトを生成します。

array(typecode, initializer)

typecode引数で配列の型を決定し、initializer引数には一致する型の要素からなるシーケンスを指定します。

次の例では、整数型の配列オブジェクトを作成しています。

>>> import array
>>> arr = array.array('i', range(5))
>>> arr
array('i', [0, 1, 2, 3, 4])
>>> type(arr)
<class 'array.array'>
>>> array.typecodes
'bBuhHiIlLqQfd'

arrayモジュールにはtypecodes属性が定義されており、文字列として利用可能なすべての型コードを返します。各文字は、対応するC言語の型とPythonの型を示します。

initializer引数には、バイトライクなオブジェクトを指定することもできます。次の例では、文字列のバイト表現から配列を生成しています。

>>> arr1 = array.array('b', b'Hello')
>>> arr1
array('b', [72, 101, 108, 108, 111])

続いて、arrayクラスが提供する主なメソッドを見ていきましょう。

buffer_info() ― バッファ情報の取得

このメソッドは、配列の内容を保持しているバッファの現在のメモリアドレスと、要素数で表される長さを含むタプル (address, length) を返します。

>>> arr = array.array('i', [0, 1, 2, 3, 4])
>>> arr.buffer_info()
(2201141755144, 5)

count() ― 要素の出現回数を数える

指定した要素が配列内に出現する回数を返します。

>>> arr = array.array('i', [0, 1, 2, 3, 4])
>>> arr.count(2)
1

extend() ― 配列の結合

イテラブル（反復可能オブジェクト）の要素を配列の末尾に追加します。追加元のイテラブルは、対象の配列と完全に同じ型コードを持つ必要があります。型コードが一致しない場合はTypeErrorが発生します。

>>> arr = array.array('i', [0, 1, 2, 3, 4])
>>> arr1 = array.array('i',[10,20,30])
>>> arr.extend(arr1)
>>> arr
array('i', [0, 1, 2, 3, 4, 10, 20, 30])

fromfile() ― ファイルからデータを読み込む

ファイルオブジェクトからn個の項目（マシン値として）を読み込み、配列に追加します。

次の例では、まずファイルをバイナリ書き込みモードで開きます。

>>> file = open('test.txt','wb')
>>> file.write(b'Hello Python')
12
>>> file.close()

続いて、このファイルのデータを配列オブジェクトに追加します。

>>> a = array.array('i')
>>> file = open('test.txt','rb')
>>> a.fromfile(file,file.tell())
>>> a
array('i', [1819043144, 2035294319, 1852794996])

append() ― 要素を末尾に追加

新しい要素を配列の末尾に追加します。

fromlist() ― リストから要素を追加

リストの要素を配列に追加します。for x in list: a.append(x) と同等の動作を行います。

>>> a = array.array('i')
>>> a.append(10)
>>> a
array('i', [10])
>>> num = [20,30,40,50]
>>> a.fromlist(num)
>>> a
array('i', [10, 20, 30, 40, 50])

insert() ― 指定位置への挿入

指定した位置の直前に新しい要素を挿入します。

>>> a = array.array('i', [10, 20, 30, 40, 50])
>>> a.insert(2,25)
>>> a
array('i', [10, 20, 25, 30, 40, 50])

pop() ― 要素を取り出して削除

指定したインデックスの要素を配列から削除し、その値を返します。

>>> a = array.array('i', [10, 20, 30, 40, 50])
>>> x = a.pop(2)
>>> x
30
>>> a
array('i', [10, 20, 40, 50])

remove() ― 指定要素の削除

指定した値と一致する最初の要素を配列から削除します。

>>> a = array.array('i', [10, 20, 30, 40, 50])
>>> a.remove(30)
>>> a
array('i', [10, 20, 40, 50])

tofile() ― ファイルへ書き出す

配列のすべての要素を、書き込み権限のあるファイルオブジェクトに書き出します。

>>> a = array.array('i', [10, 20, 30, 40, 50])
>>> file = open("test.txt","wb")
>>> a.tofile(file)
>>> file.close()
>>> file = open("test.txt","rb")
>>> file.read()
b'\n\x00\x00\x00\x14\x00\x00\x00\x1e\x00\x00\x00(\x00\x00\x002\x00\x00\x00'

arrayモジュールを活用すれば、大量の同種数値データをリストよりも少ないメモリで扱えます。特に数値計算やバイナリファイル処理において有効なので、用途に応じて使い分けてみてください。