Python環境変数の設定と使い方を初心者向けにわかりやすく解説

はじめに

みなさんは、Pythonで複数のプロジェクトを扱ったり、異なる動作を実現したりしたいときに、どのように設定を切り替えるでしょうか。
コードに直接書き込んでしまう方法もありますが、必要に応じて値を動的に切り替えたいケースは多いです。
そんなときに役立つのが環境変数です。
環境変数を使えば、コードを修正することなく設定を変更することができ、認証情報やデバッグ用のフラグなどを柔軟に扱いやすくなります。

ただ、初心者の方には「環境変数」という言葉自体が難しく感じられるかもしれません。
本記事では、その概念や具体的な設定方法、Pythonとの連携方法をステップごとにわかりやすく説明します。
実務での活用例も含めて紹介しますので、ぜひ環境変数の使い方を身につけてみてください。

この記事を読むとわかること

• Pythonにおける環境変数の基本的な役割
• Windows、Mac、Linuxそれぞれでの設定方法
• Pythonコード内での環境変数の読み取りと書き換え
• 代表的な使用例や運用時の注意点

Python環境変数とは

環境変数とは、OSやシステムのレベルで設定される変数のことです。
プログラムが起動する際に、その値を参照して処理を変える仕組みになっています。
Pythonを実行する際も、この仕組みを活用することでコード上には直接書かず、設定をOS側から渡すことができるようになります。

例えば、データベースのパスワードを環境変数に設定しておけば、ソースコードにパスワードを書かずに済みます。
これによって、セキュリティを高めたり、プロジェクトごとに設定を切り替えたりするのが簡単になるのです。

基本的な役割

環境変数は、システム側がプログラムに引き渡す情報を保持する場所と考えるとわかりやすいです。
アプリケーションのコードにベタ書きすると、変更があった時にコードを修正しなければならないことが多いですが、環境変数なら値を外部から設定できます。
また、認証情報などをソースコードと切り離すことで、秘密情報が漏れにくいというメリットもあります。

システム全体とアプリケーション単位での違い

環境変数には、大きく分けて以下の2種類があります。

• システム全体で使われるもの
• 個々のアプリケーションだけで使われるもの

Windowsなら「システム環境変数」と「ユーザー環境変数」に分かれており、MacやLinuxでもシェルの設定ファイルやセッションごとに設定を変えることができます。
システム全体の環境変数を更新すると、あらゆるプログラムに影響が出る可能性があるため、アプリケーションだけで完結する設定は、ユーザーレベルなどに抑える方がトラブルを回避しやすいです。

Python環境変数を使うメリット

環境変数は、ただ設定するだけでなく、使い方やメリットを理解することが大切です。
ここでは、開発や運用の面でどういったメリットを享受できるのかを具体的に見ていきましょう。

コード管理とセキュリティ

環境変数を使えば、コード内部にパスワードやAPIキーを直接書かなくて済みます。
ソースコードが外部に出てしまっても、認証情報まで流出しにくいのです。
さらに、リポジトリ管理の際にも、機密情報を含むファイルをコミットしてしまうリスクが低減します。
チーム開発の規模が大きくなるほど、この恩恵は大きいでしょう。

複数環境での設定切り替え

開発環境、テスト環境、本番環境など、状況によって設定が違うケースは多いです。
環境変数なら、環境ごとに値を変えておくだけで済みます。
コードを変更しなくても済むため、手戻りも少なく、設定ミスを防ぎやすくなります。

実務でのよくある使用例

では、具体的にどのような場面で環境変数が使われるのかを見てみましょう。
実務や学習において、以下のようなケースが特によく挙げられます。

APIキーやパスワードの管理

外部サービスを利用する際、APIキーやパスワードを使うシーンは多いです。
これらをソースコードに直書きするとセキュリティ面で問題があります。
環境変数で管理しておけば、OS上にキーを設定しておくだけでPythonコード内から参照可能です。

デバッグモードやログレベルの切り替え

アプリケーションのデバッグ用フラグやログの詳細度を、環境によって切り替えたい場合があります。
環境変数により「DEBUG=True」のようなフラグを用意すれば、本番環境ではFalseにするだけで挙動を一括で制御できます。
コード中にはデバッグ用の処理をあらかじめ仕込んでおき、環境変数によって切り替えるイメージです。

サードパーティライブラリの設定

外部ライブラリの中には、環境変数を利用して追加設定を受け取るものがあります。
例えば、APIクライアントの設定やログ出力先の指定などが環境変数で完結する場合があります。
こうした仕組みをうまく使うと、環境に合わせて動作を細かく変更できるでしょう。

Windowsで環境変数を設定する方法

Windowsには「システム環境変数」と「ユーザー環境変数」があります。
ここではそれぞれの違いや、実際の設定手順について解説します。

システム環境変数とユーザー環境変数

システム環境変数

OS全体に影響する設定です。
すべてのユーザー、すべてのアプリケーションで共通の値を参照できるようになります。

ユーザー環境変数

ログインしているユーザーのみに適用される環境変数です。
こちらに設定した値は、ほかのユーザーには見えません。

たとえば、デスクトップPCを複数人で共有している場合、各ユーザーが異なるパスワードやAPIキーをセットしたいときはユーザー環境変数を使うと便利です。

パスの設定

Windowsの環境変数では、PATH という名前が頻繁に登場します。
Pythonの実行ファイルやその他のコマンドをスムーズに呼び出すためにPATHを追加することが多いです。
システムの詳細設定から「環境変数」を開き、PATHにPythonのインストール先を追記すれば、コマンドプロンプト上で python をどのディレクトリからでも起動できます。

コマンドプロンプトからの設定

WindowsのコマンドプロンプトやPowerShell上でも、一時的に環境変数を設定できます。
例えばコマンドプロンプトでは以下のように打ち込みます。

コピー
set MY_VARIABLE=hello_world

ただし、このやり方で設定した環境変数は、あくまで現在のコマンドプロンプトのセッション内だけで有効です。
別のセッションを立ち上げた場合や、ウィンドウを閉じた場合にはリセットされるので注意してください。

MacやLinuxで環境変数を設定する方法

MacやLinuxの場合は、BashやZshなどのシェルを通じて環境変数を設定します。
設定ファイルを使って永続的に設定する方法もあれば、コマンドを直接打ち込んで一時的に使う方法もあります。

.bashrcや.zshrcの使い方

MacやLinuxのユーザー環境変数を永続化したい場合、ホームディレクトリにある ~/.bashrc や ~/.zshrc に記述するのが一般的です。
たとえば、Zshを使っているなら ~/.zshrc に以下のような行を追加します。

コピー
export MY_VARIABLE="HelloLinux"

シェルを再起動、もしくは source ~/.zshrc コマンドを実行すれば、MY_VARIABLEに設定した値が有効になります。

exportコマンド

LinuxやMacのターミナル上で、一時的に環境変数を設定するなら export コマンドを使います。

コピー
export MY_VARIABLE="TempValue"

この方法で設定した場合は、設定したターミナルセッション内のみで値が有効になります。
新しいターミナルを開くとまたリセットされるので、恒久的に使いたい場合は .bashrc や .zshrc などに記述してください。

セッション限定の設定

環境変数は、シェルセッションの開始から終了までの間のみ有効という場合がよくあります。
例えば、あるスクリプトを実行する前だけ特別な値を設定し、処理が終わったら元に戻す、というイメージで活用できます。
複数のプロジェクトを同時進行するときなど、セッション限定の設定が活躍するでしょう。

Pythonスクリプト内で環境変数を読み取る方法

ここまでOS上で環境変数を設定する方法を見てきました。
続いては、Pythonコード上で環境変数を読み取る方法について説明します。

os.environの使い方

Pythonの標準ライブラリに含まれている os モジュールには、os.environ というオブジェクトが用意されています。
これを使うと、OSに設定されている環境変数を辞書のように参照できます。

コピー
import os

my_value = os.environ["MY_VARIABLE"]
print(my_value)

上の例では、「MY_VARIABLE」という環境変数が設定されていないとキーエラーが発生するので、状況によってはエラー処理を入れるか os.getenv() を使う方法もあります。

環境変数が存在しないときの対処

環境変数が設定されていないときにコードが止まってしまうのは避けたいでしょう。
そんなときは os.getenv() でデフォルト値を設定するやり方が便利です。

コピー
import os

my_value = os.getenv("MY_VARIABLE", "default_value")
print(my_value)

これなら、MY_VARIABLEが設定されていない場合には "default_value" が返ってきます。
本番環境だけ値を与えておき、ローカル環境ではデフォルト値で動かす、という使い方ができるでしょう。

Pythonから環境変数を書き換える方法

環境変数は、Pythonコードから読み取るだけでなく、一部を書き換えることも可能です。
ただし、書き換えの影響範囲は現在のプロセス内だけだったり、他のプロセスには反映されなかったりするので、その点は押さえておきましょう。

os.environの書き換え

以下のように代入すれば、環境変数を変更できます。

コピー
import os

os.environ["MY_VARIABLE"] = "NewValue"

ただし、この変更はあくまでPythonプロセスの中だけで有効になります。
ターミナル全体や他のアプリケーションに対してはこの変更が反映されるわけではないので注意してください。

一時的な変更と永続的な変更の違い

Pythonコード上で os.environ を書き換えるのは一時的な変更にすぎません。
永続的に反映させたい場合は、OS側の設定を変更する必要があります。
例えば、Windowsならシステムの設定画面やコマンドで設定し直す、MacやLinuxなら .bashrc や .zshrc などに追記する、といった方法になります。

コード例で学ぶ環境変数の扱い

ここでは、シンプルなコード例をいくつか示します。
最初の例は、既存の環境変数を使って挨拶文を表示するコードです。

簡単なサンプルコード

コピー
import os

def greet_user():
    user_name = os.getenv("USER_NAME", "Guest")
    greeting = f"Hello, {user_name}!"
    return greeting

if __name__ == "__main__":
    message = greet_user()
    print(message)

このコードを実行するときに、USER_NAME という環境変数を設定しておけば、その値が挨拶文に反映されます。
設定していない場合は、"Guest" という文字列が使われるようになっています。

複数ファイル構成での活用

複数のPythonファイルを使って開発している場合は、設定用のモジュールを用意し、そこから環境変数を参照するパターンが考えられます。

コピー
# config.py
import os

API_KEY = os.getenv("MY_API_KEY", "default_api_key")
DB_PASSWORD = os.getenv("DB_PASS", "")

# main.py
from config import API_KEY, DB_PASSWORD

def main():
    if not DB_PASSWORD:
        print("No DB password set.")
    else:
        print(f"API_KEY is {API_KEY}")

if __name__ == "__main__":
    main()

このように、プロジェクト全体でよく使う値は共通のファイルで管理し、アプリケーションの各部分から参照するのもわかりやすいでしょう。

dotenvファイルの活用

大規模なプロジェクトでは、環境変数を一括管理できる方法を求める人も多いです。
その一つの手段として、.env ファイルを活用する方法があります。

python-dotenvのインストール

.env ファイルとは、環境変数を定義しておくためのテキストファイルです。
Pythonには python-dotenv というライブラリがあり、これを使うと .env ファイルの内容を自動的に読み込むことができます。

たとえば、.env ファイルに以下のように書き込みます。

API_KEY=abcd1234
DB_PASS=secretpass

Pythonコード内では load_dotenv を使って読み込みます。

コピー
import os
from dotenv import load_dotenv

load_dotenv()  # .envファイルをロード
api_key = os.getenv("API_KEY")
db_pass = os.getenv("DB_PASS")

.envファイルの扱い方

.env ファイルをリポジトリに含めると、機密情報が漏れるリスクがあるので注意してください。
もし、秘匿情報を含むなら .gitignore に記載してバージョン管理から除外する方が安全でしょう。

.gitignoreの設定

.gitignore ファイルに以下のように書いておけば、.env ファイルをコミットしなくなります。

.env

この設定をすることで、万が一リポジトリが外部に公開されるケースがあっても .env の中身が流出しない可能性が高まります。

パスワードやトークンを環境変数で管理するときの注意

環境変数に機密情報を設定しておくと、ソースコードにはその値が載らなくなります。
しかし、それだけで万全だと考えるのは避けましょう。

安全な保管方法

最低限、第三者が簡単にアクセスできない場所に .env を置くなどの対策を考えた方がよいです。
クラウド上のセキュアなストレージサービスや、パスワード管理ツールなどに保管しておき、環境変数を実行時にのみ設定する仕組みを用意する企業もあります。

チームで共有するときのヒント

チーム開発では、環境変数を使っていることを周知徹底しないと「値が分からない」「設定場所を間違える」といった混乱が起こりがちです。
リーダーがドキュメントを整備し、どの変数が何の用途なのかをはっきり共有することが大切になります。

複数プロジェクトで異なる環境変数を扱うポイント

実務では、似たようなプロジェクトを同時に進める場合もあります。
このときに環境変数が混在すると、どのプロジェクトでどの値が必要なのか分からなくなることがあります。

ディレクトリ構成とファイル分割

プロジェクトごとに .env ファイルの名前を変える、あるいはサブディレクトリ内に .env を配置するといった工夫が役立ちます。
たとえば、プロジェクトA用には projectA/.env、プロジェクトB用には projectB/.env というように分けておけば、Pythonコードの方でそれぞれのパスを指定して読み込めます。

同時実行に注意する

もし、同じPC上で2つのPythonアプリを同時に動かす場合には、どちらのプロセスも同じ環境変数を参照してしまう可能性があります。
環境変数はシステム全体やユーザー全体で共有されてしまうことがあるからです。
プロセスごとに .env を読み込ませる、あるいはコンテナ技術を使って分離するといった対策を検討しましょう。

トラブルシューティング

最後に、環境変数周りでよくあるトラブルとその対処法をまとめます。
せっかく設定したのに値がうまく反映されなかったり、文字化けが起きたりすることもあるかもしれません。

値が反映されないとき

• 変更内容を反映するために、シェルを再読み込みしていない
• Windowsの環境変数を更新したが、Pythonを起動し直していない
• os.getenv でスペルミスしている

こうした原因をひとつひとつチェックして、設定が正しく有効になっているかを確認してください。
特にWindowsの場合、環境変数設定の画面を閉じた後に、新しいセッションのコマンドプロンプトを開き直さないと反映されないことがあります。

文字化けや日本語パスの問題

環境変数に日本語を含むパスやファイル名を設定したとき、文字コードが原因で文字化けが起こることがあります。
MacやLinuxではUTF-8、WindowsではShift_JISなど、OSやシェルの設定によって扱われる文字コードが異なることがあるためです。
その場合、シェルの文字コード設定やPythonのエンコード設定を見直し、なるべくUTF-8に統一すると問題が少なくなるでしょう。

まとめ

Python環境変数の概念や設定方法、実務での利用例、注意点を一通り解説しました。
初心者の方にとっては最初はとっつきにくく感じるかもしれませんが、環境変数を使いこなすとコマンドラインやアプリケーション設定の自由度が高まります。

環境変数のポイントは以下の通りです。

• OSレベルで設定するので、設定をコードと分離できる
• 機密情報をソースコードに書かずに済み、セキュリティ面でメリットがある
• Windows、Mac、Linuxなど環境ごとに方法がやや異なるが、基本的な概念は同じ
• .env ファイルを使えば、複数の環境変数管理が比較的簡単になる

最初は小規模なプロジェクトで簡単な環境変数を設定してみるところから始めるとよいでしょう。
慣れてくれば、大規模なシステムでも柔軟に設定を切り替えられるはずです。
ぜひ環境変数を取り入れて、Pythonの開発をよりスムーズに進めてみてください。