こんにちは！
本日は「クロージャ問題」に関する話題となります。

Pythonでループ内に関数を定義したことはありますか？
もしあるなら、あれれ？な挙動に遭遇したことがあるかもしれません。

本稿では、Pythonプログラマーなら一度は経験する「クロージャ問題」について、初心者にもわかりやすく解説してみたいとおもいます

クロージャとは何か？

そもそも　”クロージャ”　とは何でしょうか。

クロージャ（closure）とは、関数が自分の定義されたスコープの変数を覚えて持ち運ぶ仕組み のことです。

もう少し分解すると、次の2つがポイントとなります

1. 内側の関数が、外側の関数の変数を使える
2. 外側の関数が終了しても、その変数は生き続ける

普通の関数とクロージャ―を使った関数を比較してみましょう

普通の関数との比較

まずは普通の関数から、

def add(x, y):
    return x + y

print(add(3, 5))  # 8
print(add(3, 7))  # 10

→ 毎回 x と y の両方を渡す必要があります。

クロージャを使った関数

こちらがクロージャを使った関数です

def make_adder(x):
    def add(y):
        return x + y  # 外側の x にアクセスできる！
    return add

add_3 = make_adder(3)  # 3 を「記憶」した関数を作る
print(add_3(5))  # 8
print(add_3(7))  # 10

make_adder の実行が終わっても、内側の add は x=3 を覚えているため、
「3を足す専用の関数」を作ることができました。

クロージャのイメージはこんな感じ↓

make_adder(3)
 └─ add(y): return x + y
       ↑
       x=3 が閉じ込められている（クロージャ）

→ 「関数が環境ごと持ち運ぶ」というイメージですね。

では、実用的な例としてカウンターの例をみてみましょう

実用的な例：カウンター

def make_counter(name):
    count = 0
    
    def increment():
        nonlocal count
        count += 1
        print(f"{name}: {count}回目")
        return count
    
    return increment

coffee_counter = make_counter("コーヒー")
tea_counter = make_counter("紅茶")

coffee_counter()  # コーヒー: 1回目
coffee_counter()  # コーヒー: 2回目
tea_counter()     # 紅茶: 1回目

このように、それぞれ独立した count を覚えて動くので、複数の状態を簡単に持てるのがクロージャの便利さです。

クロージャ問題とは？

さて、便利な「クロージャ」ですが、「クロージャ問題」とはどういうものでしょう。

実際の問題発生例でみてみたいとおもいます

問題の発生例

以下のコードをみて、頭の中で動作を想像してみましょう。

はい、ループで変数iが0,1,2と変化しますね。
次に 変数iを参照している click_handlerという関数をbuttonsというリストにいれます。ここでは関数の実行結果ではなく、関数そのものを入れている点に注意です

buttons = []
for i in range(3):
    def click_handler():
        print(f"ボタン {i} がクリックされました")
    buttons.append(click_handler)

buttons[0]()  # ボタン 2 がクリックされました ← 本当は0のはず
buttons[1]()  # ボタン 2 がクリックされました ← 本当は1のはず
buttons[2]()  # ボタン 2 がクリックされました

buttons[0]には、一番最初にいれた click_handler関数がはいっていますので、それを実行するには buttons[0]() ですね。（ややトリッキーでしたかね）

さて、その実行結果はというと、「ボタン 2 がクリックされました」と表示されます。

あれ、一番最初に入れたから「ボタン 0 がクリックされました」じゃないの？
って思ってしまうのが「クロージャ問題」です。

このサンプルの結果は、全部「ボタン2」になってしまいます。

なぜこうなるのか？

• Pythonのクロージャは「変数そのもの（参照）」をキャプチャする
• 値をコピーするのではなく、変数 i を参照している
• ループ終了時に i=2 になっているので、すべての関数から 2 が見えてしまう

ということです。

実際のプロジェクトでの例

import asyncio

async def send_requests():
    tasks = []
    endpoints = ["server0", "server1", "server2"]
    
    for i, endpoint in enumerate(endpoints):
        async def make_request(endpoint=endpoint, i=i):  # ← 修正済み
            print(f"リクエスト送信: {endpoint} (サーバー{i})")
            # 実際のAPIコールをここに書く
        tasks.append(make_request())  # コルーチンを生成して追加
    
    await asyncio.gather(*tasks)

たとえば上のコードは一見うまく動きそうですが、実行すると…

リクエスト送信: server2 (サーバー2)
リクエスト送信: server2 (サーバー2)
リクエスト送信: server2 (サーバー2)

全部 最後のサーバー (server2) に対して実行されてしまいます。

これはもうとんでもないバグですね。

なぜバグになるのか？

• ループのたびに make_request が定義されるが、すべての関数が同じ i と endpoint を参照している
• 関数が実行されるのはループが終わった後
• その時点で i=2, endpoint="server2" になっている
• 結果として全部「server2」になってしまう

つまり、ループ変数をクロージャが遅延評価してしまう問題となります。この遅延評価こそがクロージャ―問題の本質です。

解決方法

では、どう解決して行けばいいでしょうか。

いくつかの方法をご紹介いたします

もう↓の例を参照しつつ、解決方法をみていきましょうょう

buttons = []
for i in range(3):
    def click_handler():
        print(f"ボタン {i} がクリックされました")
    buttons.append(click_handler)

buttons[0]()  # ボタン 2 がクリックされました ← 本当は0のはず
buttons[1]()  # ボタン 2 がクリックされました ← 本当は1のはず
buttons[2]()  # ボタン 2 がクリックされました

方法1: デフォルト引数を使う

この方法では、関数の引数にループ変数をデフォルト値として渡すことで、関数定義時に値を固定する という解決策をとります。
例えば次のように書きます

buttons = []
for i in range(3):
    def click_handler(button_id=i):
        print(f"ボタン {button_id} がクリックされました")
    buttons.append(click_handler)

こうすることで、i が後から変化しても、button_id には定義時点の値が入ります。
短く書ける点が魅力ですが、本来のシグネチャには存在しない引数が増えてしまい、コードの意図が少し分かりづらくなるデメリットがあります。

方法2: クロージャファクトリを使う（おすすめ）

この方法では、「関数を返す関数（ファクトリ）」を定義し、その中でループ変数を閉じ込めることで問題を解決します。

def make_click_handler(button_id):
    def handler():
        print(f"ボタン {button_id} がクリックされました")
    return handler

buttons = [make_click_handler(i) for i in range(3)]

このパターンでは、make_click_handler がそれぞれの値を保持した関数を作るため、ループが終わった後でも正しい値が使われます。
「この値を固定した関数を作る」という意図が明確で、誤用した場合はすぐエラーになるため、安全性や保守性の観点から最も推奨される方法です。

方法3: lambda + デフォルト引数

この方法では、無名関数 lambda にループ変数をデフォルト引数として渡すことで、関数をその場で生成します。

buttons = [lambda x=i: print(f"ボタン {x} がクリックされました") for i in range(3)]

非常に短く書けるのが利点ですが、コードの読みやすさが低くなり、処理が複雑になると途端に理解しづらくなります。
小さなスクリプトや簡単な使い捨てコードには便利ですが、業務コードやチーム開発では避けた方が無難です。

方法4: functools.partial を使う

この方法では、functools.partial を用いて「関数にあらかじめ引数を適用しておいた新しい関数」を作ることで解決します。

from functools import partial

def click_handler(button_id):
    print(f"ボタン {button_id} がクリックされました")

buttons = [partial(click_handler, i) for i in range(3)]

partial(click_handler, i) によって、button_id=i が固定された関数が生成され、リストに格納されます。
意図が明確で関数型プログラミングの発想に近い方法ですが、初心者には少し理解しづらく、追加の import が必要になる点も注意が必要です。

それぞれの解決方法の比較表

実務で役立つパターン

ここまででクロージャの仕組みと典型的な問題を見てきましたが、ここで、実際のプロジェクトで役立つクロージャのパターンをご紹介いたします

クロージャはたとえば、↓のような場面でクロージャは大活躍してくれます

• 状態管理をシンプルに行いたいとき
• 処理を動的に生成して柔軟に対応したいとき
• クラスを使うほどではないが、ちょっとした「覚えておく仕組み」が欲しいとき

具体例として「進捗レポーター」と「動的バリデーション」という2つのパターンを見てみましょう。どちらも「方法２：クロージャファクトリ」の応用例です！

進捗レポーター

このパターンでは、処理の進捗状況をトラッキングする関数を動的に生成します。

def create_progress_reporter(server_name, total_tasks):
    completed = 0
    def report_progress(task_name):
        nonlocal completed
        completed += 1
        percent = (completed / total_tasks) * 100
        print(f"[{server_name}] {task_name} 完了 ({percent:.1f}%)")
        return completed == total_tasks
    return report_progress

• create_progress_reporter が返す report_progress 関数は、外側の completed を覚えているため、呼び出すたびに進捗を更新できます。
• サーバーごとに「独立した進捗カウンター」を作れるので、複数の処理を並列に監視するのに便利です。

実務での活用例
サーバーごとのタスク進捗、ファイル処理の進行度、バッチ処理の進行率などを簡単に管理できます。
→ 普通なら外部でクラスや状態管理が必要ですが、クロージャを使うことで簡潔に記述できます。

動的バリデーション

次に、入力フィールドごとに異なる検証処理を持つハンドラーを生成するパターンです。

def create_validation_handler(field_name, validator_func):
    def handler(event):
        value = event.get('value')
        if not validator_func(value):
            print(f"検証エラー: {field_name} の値が不正です: {value}")
            return False
        print(f"✓ {field_name}: OK")
        return True
    return handler

• フィールド名（field_name）と検証ロジック（validator_func）をクロージャに閉じ込めることで、フィールドごとに独立したハンドラーを作成できます。
• 例えば「メールは @ を含むか」「年齢は0〜150の範囲か」「名前は空文字でないか」といった検証を、それぞれ専用の関数に変換可能です。

実務での活用例
フォーム入力の検証、APIの入力チェック、ログデータのバリデーションなど。
→ ループでフィールドリストを回してハンドラーを自動生成できるため、コードの重複を防ぎ、保守性が大きく向上します。

AIペアプログラミングでのTips

さて、最後に、AIでコードを生成するときに、このクロージャ問題に対して適切な実装をさせるためのTipsを共有いたします

最近は ChatGPT、Claude、Gemini など、コード生成AIを使ったプログラミングが当たり前になってますが、このブログのタイトルにもあるようにAIはけっこう クロージャ問題を含んだコード を生成してしまいます。

AIがやらかした例

handlers = []
for i, item in enumerate(items):
    def handler():
        process(i, item)  # 危険！ 全部最後の i を使ってしまう
    handlers.append(handler)

このように「ループ内で関数を定義 → ループ変数をそのまま使う」パターンで間違って出力してしまう例はけっこうあるんです。
また、AIは「短く動くコード」を優先して提案することも多く、バグを生まなくても読みづらかったり、modifyしづらいコードが紛れ込みやすいです。
そこで、AIにコードをつくらせるまえに、ちゃんとAIに指導をいれてやる必要があります。

AIへの指示の工夫

といっても指導は簡単です

AIにコードを書かせるときは、プロンプトに
「クロージャ問題を避けるためにクロージャファクトリを使ってください」
と書くだけで精度がかなり上がります。

良い指示例

複数のボタンにイベントハンドラーを設定するコードを書いてください。
ただしクロージャ問題を避けるため、クロージャファクトリパターンを使用してください。

さらに具体的な指示

forループ内で関数を定義する場合は、ループ変数の遅延評価問題を避けるため、
必ずクロージャファクトリを使って実装してください。

はい、この程度の指示でコード品質が向上します。

レビュー時のチェックポイント

さらに、AIが生成したコードをレビューするときは、特に以下を確認すると安心です

• ループ内で定義された関数の中に i や item をそのまま参照していないか
• 非同期処理（async def）でクロージャを作っていないか
• デフォルト引数で誤魔化していないか（def handler(x=i): ...）

危険な場合は「クロージャファクトリで書き直して」と修正指示を出しましょう。
ちなみに、このレビューもAIにやらせたほうが早いというときは、上記観点をちゃんとレビューするようにレビュワーAIに指示しましょう。

プロンプトテンプレート

ということで、AIを使うときにコピペできる以下のような「クロージャ問題回避お守りプロンプト」を持っておくと便利ですね。

ループ内で関数を定義する必要がある場合
1. クロージャファクトリパターンを使用する
2. ループ変数は必ず関数の引数として渡す
3. 内部関数で値をキャプチャする
これらを徹底して実装してください。

まとめ

クロージャ問題は「一度はまると地味に時間を奪う」落とし穴ですが、正しい知識を持っていれば怖くないですね
特に クロージャファクトリを習慣化すること で、安全で明確なコードを日常的に書ける（AIに書かせられる）ようになります。

これからループ内で関数を定義するときは、ぜひ今回紹介した方法が参考になれば幸いです。

それでは、また次回お会いしましょう！