最終プロジェクト：学生成績管理（パート 1）

学生成績管理システム
├── レッスン 34：データ層 — 要件分析 + JSON/CSV 永続化
├── レッスン 35：ロジック層 — 成績統計 + ソート + 例外処理
└── レッスン 36：プレゼンテーション層 — メニューインターフェース + 検索 + レポート

1. 学生管理
   ├── 学生追加（名前、学生 ID、クラス）
   └── 学生削除（学生 ID で）

2. 成績管理
   ├── 成績入力（学生 ID で複数科目）
   ├── 成績修正
   └── 成績レコード削除

3. 統計と分析
   ├── 個人成績表
   ├── クラス順位
   ├── 科目平均
   └── スコア分布

4. データ永続化
   ├── JSON 形式でファイルに保存
   └── 起動時に自動読み込み

# JSON 形式で保存されるデータ
{
    "students": {
        "2024001": {
            "name": "Zhang San",
            "class_name": "Class 1",
            "scores": {
                "Chinese": 85,
                "Math": 92,
                "English": 78
            }
        },
        "2024002": {
            "name": "Li Si",
            "class_name": "Class 1",
            "scores": {
                "Chinese": 90,
                "Math": 88,
                "English": 95
            }
        }
    },
    "subjects": ["Chinese", "Math", "English"],
    "classes": ["Class 1", "Class 2"]
}

import json
import os

DATA_FILE = "grade_system.json"

# ====== デフォルトデータ構造 ======
DEFAULT_DATA = {
    "students": {},
    "subjects": ["Chinese", "Math", "English"],
    "classes": []
}


# ====== データ層 ======

def load_data():
    """JSON ファイルからデータを読み込み"""
    if not os.path.exists(DATA_FILE):
        save_data(DEFAULT_DATA.copy())
        return DEFAULT_DATA.copy()
    with open(DATA_FILE, "r", encoding="utf-8") as f:
        return json.load(f)


def save_data(data):
    """データを JSON ファイルに保存"""
    with open(DATA_FILE, "w", encoding="utf-8") as f:
        json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=2)


# ====== 学生管理 ======

def add_student(student_id, name, class_name):
    """学生を追加"""
    data = load_data()

    if student_id in data["students"]:
        return False, f"Student ID {student_id} already exists!"

    data["students"][student_id] = {
        "name": name,
        "class_name": class_name,
        "scores": {}
    }

    # クラスリストを更新
    if class_name not in data["classes"]:
        data["classes"].append(class_name)

    save_data(data)
    return True, f"Added student: {name} ({student_id})"


def delete_student(student_id):
    """学生を削除"""
    data = load_data()

    if student_id not in data["students"]:
        return False, f"Student ID {student_id} does not exist!"

    name = data["students"][student_id]["name"]
    del data["students"][student_id]
    save_data(data)
    return True, f"Deleted student: {name}"


def get_student(student_id):
    """単一の学生情報を取得"""
    data = load_data()
    return data["students"].get(student_id)


def get_all_students():
    """すべての学生を取得"""
    data = load_data()
    return data["students"]


# ====== 成績管理 ======

def add_score(student_id, subject, score):
    """成績を入力"""
    data = load_data()

    if student_id not in data["students"]:
        return False, f"Student ID {student_id} does not exist!"

    if subject not in data["subjects"]:
        return False, f"Subject {subject} does not exist!"

    if not isinstance(score, (int, float)) or score < 0 or score > 100:
        return False, "Score must be between 0 and 100!"

    data["students"][student_id]["scores"][subject] = score
    save_data(data)
    return True, f"Entered {data['students'][student_id]['name']}'s {subject} score: {score}"


def update_score(student_id, subject, score):
    """成績を更新（add_score と同じ機能）"""
    return add_score(student_id, subject, score)


def delete_score(student_id, subject):
    """科目の成績を削除"""
    data = load_data()

    if student_id not in data["students"]:
        return False, f"Student ID {student_id} does not exist!"

    if subject not in data["students"][student_id]["scores"]:
        return False, f"{data['students'][student_id]['name']} has no {subject} score"

    del data["students"][student_id]["scores"][subject]
    save_data(data)
    return True, f"Deleted {data['students'][student_id]['name']}'s {subject} score"


# ====== テストコード ======
if __name__ == "__main__":
    print("=== Testing Data Layer ===")
    print(add_student("2024001", "Zhang San", "Class 1"))
    print(add_student("2024002", "Li Si", "Class 1"))
    print(add_student("2024003", "Wang Wu", "Class 2"))

    print(add_score("2024001", "Chinese", 85))
    print(add_score("2024001", "Math", 92))
    print(add_score("2024002", "Chinese", 90))

    student = get_student("2024001")
    print(f"\nZhang San's info: {student}")

    print(f"\nTotal students: {len(get_all_students())}")