Python クラスの概要
Pythonのクラスは、オブジェクト指向プログラミングの基本的な概念です。クラスは、データ属性とメソッドを含むデータ型を定義するために使用されます。
クラスは複数のインスタンスを作成でき、各インスタンスには独自の属性があります。例えば、Humanクラスを定義し、各インスタンスに名前、年齢、身長、体重などの属性を持たせることができます。
Pythonのクラスは、オブジェクト指向プログラミングの利点を活用して、より効率的で再利用可能なコードを作成するために使用されます。また、クラスは継承や多態性の概念をサポートするため、複雑なプログラムの作成に役立ちます。
Pythonのクラスは、クラス名と、データ属性やメソッドを含む本体で定義されます。クラスからインスタンスを作成し、データ属性にアクセスすることができます。
Pythonのクラスを理解することは、Python開発者にとって必須のスキルであり、オブジェクト指向プログラミングの基本的な概念です。
Python でのクラスの定義
Pythonでクラスを定義することは、オブジェクト指向プログラミングの重要な側面です。それは、データ属性とそれらの属性に作用するメソッドをグループ化して新しいデータ型を定義することを意味します。クラスを使用すると、プログラム全体で使用できる複雑なデータ構造を定義できます。
Pythonでクラスを定義するには、classキーワード、クラス名、およびコロンを使用します。例えば、Personという名前のクラスを定義するには、次のように書きます。
class Person:
pass
passキーワードはプレースホルダーであり、クラス定義にコードがまだないことを示しています。クラスの振る舞いを定義するために、クラスブロック内にクラス属性とメソッドを追加できます。
クラスにデータ属性を追加するには、クラスブロック内でそれらを定義します。例えば、name属性を追加するには、次のように書きます。
class Person:
def __init__(self, name):
self.name = name
ここでは、__init__メソッドは、クラスのインスタンスが作成されたときに呼び出される特別なメソッドです。selfパラメータは、作成されたクラスのインスタンスを参照し、nameパラメータはインスタンスのname属性を初期化するために使用されます。
また、クラスブロック内でメソッドを定義して、クラスの振る舞いを定義することもできます。例えば、挨拶メッセージを出力するgreetメソッドを定義するには、次のように書きます。
class Person:
def __init__(self, name):
self.name = name
def greet(self):
print(f"Hello, my name is {self.name}")
ここでは、greetメソッドはselfパラメータを取り、それが呼び出されたクラスのインスタンスを参照し、インスタンスのname属性を使用して挨拶メッセージを出力します。
要約すると、Pythonでクラスを定義するには、クラスキーワードを使用し、クラス名とコロンを続け、クラスブロック内でデータ属性とメソッドを定義する必要があります。クラスを使用すると、プログラム全体で使用できる動作を伴う複雑なデータ構造を定義できます。
クラスの属性とメソッド
属性とメソッドは、クラスの重要なコンポーネントであり、その振る舞いとプロパティを定義するのに役立ちます。
属性
属性とは、オブジェクトの状態を定義するプロパティや特性です。クラス内で定義され、そのクラスのオブジェクトを介してアクセスや変更ができます。属性は、インスタンス属性とクラス属性の2つに分類できます。
インスタンス属性は、クラスから作成された各オブジェクトに固有のものであり、クラスの全てのインスタンスで共有されるクラス属性とは異なります。インスタンス属性は、通常、クラスのコンストラクタメソッド内で定義されます。一方、クラス属性は、どのメソッドの外でも定義され、デフォルト値や定数を定義するために使用されます。
例えば、次のコードを考えてみます。
class Car:
# Class attribute
car_type = "Sedan"
# Constructor method
def __init__(self, make, model, year):
# Instance attributes
self.make = make
self.model = model
self.year = year
この例では、car_typeはクラス属性であり、make、model、yearはインスタンス属性です。
メソッド
メソッドは、クラス内に定義され、そのクラスから作成されたオブジェクトの振る舞いを定義するために使用される関数です。メソッドは、インスタンスメソッドとクラスメソッドの2種類に分類できます。
インスタンスメソッドは、クラスのインスタンスに作用するメソッドであり、そのオブジェクトのインスタンス属性にアクセスして変更できます。インスタンスメソッドの最初の引数は常にselfであり、そのメソッドが呼び出されたオブジェクトを参照します。
クラスメソッドは、クラス自体に作用するメソッドであり、そのクラスのクラス属性にアクセスして変更できます。クラスメソッドの最初の引数は常にclsであり、そのメソッドが呼び出されたクラスを参照します。
例えば、次のコードを考えてみます。
class Car:
# Class attribute
car_type = "Sedan"
# Constructor method
def __init__(self, make, model, year):
# Instance attributes
self.make = make
self.model = model
self.year = year
# Instance method
def get_make_model(self):
return f"{self.make} {self.model}"
# Class method
@classmethod
def set_car_type(cls, car_type):
cls.car_type = car_type
この例では、 get_make_model()は車オブジェクトのメーカーとモデルを返すインスタンスメソッドで、 set_car_type()はCarクラスの全てのインスタンスに対してcar_typeクラス属性を設定するクラスメソッドです。
結論として、属性とメソッドはPythonのクラスの動作や特性を定義するのに役立つ重要なコンポーネントです。これらの効果的な使い方を理解することで、より効率的で強力なオブジェクト指向のコードを書くことができるようになります。
Python クラスにおける self パラメータ
Pythonのクラスにおいて、selfパラメータはクラスのインスタンスへの参照です。クラスの任意のメソッド、__init__()コンストラクタメソッドを含め、全てのメソッドの最初のパラメータとして使用されます。selfパラメータを使用すると、インスタンスは自分自身の属性やメソッドにアクセスして変更することができます。
例えば、次のクラスを考えてみます。
class Dog:
def __init__(self, name, breed):
self.name = name
self.breed = breed
def bark(self):
print(f"{self.name} ({self.breed}) barks!")
この例では、__init__()コンストラクタメソッドはnameとbreedの2つのパラメータを取ります。Dogクラスのインスタンスが作成されるとき、selfパラメータはその特定のインスタンスを参照し、nameとbreedパラメータはそのインスタンスの属性を設定するために使用されます。
bark()メソッドもselfパラメータを取り、それにより特定のインスタンスのnameとbreed属性にアクセスして、それに応じたメッセージを出力することができます。
selfという名前は単なる慣習であり、任意の有効な変数名に変更することができますが、混乱を避けるために慣習に従うことが一般的に推奨されています。
まとめると、selfパラメータは、クラスのインスタンスが自分自身の属性やメソッドにアクセスして操作するための方法であり、Pythonにおけるオブジェクト指向プログラミングにおいて必須の要素です。
クラスからオブジェクトを作成する方法
Pythonにおいて、クラスはオブジェクトを作成するための設計図であり、オブジェクトはクラスのインスタンスです。クラスからオブジェクトを作成するには、クラスを呼び出して必要な引数をクラスのコンストラクタに渡す必要があります。以下は例です。
class Car:
def __init__(self, make, model, year):
self.make = make
self.model = model
self.year = year
my_car = Car("Toyota", "Camry", 2022)
この例では、Carという名前のクラスを定義しています。__init__()というコンストラクタメソッドがあり、make、model、yearの3つの引数を取ります。コンストラクタの中で、make、model、yearのインスタンス変数の値を設定しています。
Carクラスからオブジェクトを作成するには、単にクラスを呼び出してコンストラクタに必要な引数を渡すだけです。例えば、my_car = Car("Toyota", "Camry", 2022)とすることで、新しいCarオブジェクトを作成し、それを変数my_carに割り当てることができます。
このようにして、ドット表記法を使用して、my_carオブジェクトのインスタンス変数やメソッドにアクセスすることができます。例えば、以下のようにします。
print(my_car.make)
print(my_car.model)
print(my_car.year)
これにより、次のように出力されます。
Toyota
Camry
2022
全体的に、クラスからオブジェクトを作成することは、Pythonにおけるオブジェクト指向プログラミングの基本的な概念であり、プログラム全体で使用できる振る舞いを持つ複雑なデータ構造を定義することができます。
Python クラスの特殊メソッド
Pythonにおいて、クラスには特殊メソッドと呼ばれる、インスタンスが特定の状況でどのように振る舞うかを定義するメソッドがあります。これらの特殊メソッドには、__init__、__str__、__add__など、ダブルアンダースコアのプレフィックスとサフィックスがあります。
以下はPythonクラスでよく使われる特殊メソッドの例です：
-
__init__(self, ...)
これは、引数を指定してクラスの新しいインスタンスを初期化するコンストラクタメソッドです。 -
__str__(self)
このメソッドは、インスタンスの文字列表現を返します。str()関数やprint()関数でインスタンスを使用した場合に使用されます。 -
__repr__(self)
このメソッドは、インスタンスを再作成するために使用できる文字列表現を返します。repr()関数でインスタンスを使用した場合に使用されます。 -
__len__(self)
このメソッドは、インスタンスの長さを返します。len()関数でインスタンスを使用した場合に使用されます。 -
__eq__(self, other)
このメソッドは、インスタンスが別のインスタンスと等しいかどうかをチェックします。==演算子でインスタンスを使用した場合に使用されます。 -
__lt__(self, other)
このメソッドは、インスタンスが別のインスタンスより小さいかどうかをチェックします。<演算子でインスタンスを使用した場合に使用されます。
以下は特殊メソッドを持つクラスの例です：
class Rectangle:
def __init__(self, width, height):
self.width = width
self.height = height
def __str__(self):
return f"Rectangle({self.width}, {self.height})"
def __repr__(self):
return f"Rectangle({self.width}, {self.height})"
def __eq__(self, other):
return self.width == other.width and self.height == other.height
def area(self):
return self.width * self.height
この例では、Rectangleクラスには__init__、__str__、__repr__、__eq__の特殊メソッドがあります。__str__と__repr__メソッドはインスタンスの文字列表現を返し、__eq__メソッドは2つのインスタンスが等しいかどうかをチェックします。
クラス内で特殊メソッドを使用することで、コードをより読みやすく直感的にすることができ、クラスのインスタンスをビルトイン型のように振る舞わせることができます。
クラスの継承とポリモーフィズム
クラスの継承とポリモーフィズムは、コードの再利用性と柔軟性を高めるために重要な概念です。Pythonでは、クラスは親クラスからプロパティやメソッドを継承し、継承したプロパティやメソッドをオーバーライドまたは拡張して特定の動作を作成することができます。
クラス継承
クラス継承により、既存のクラスを変更した新しいクラスを作成することができます。新しいクラスは、サブクラスまたは派生クラスと呼ばれ、親クラスまたは基本クラスと呼ばれる全てのプロパティとメソッドを継承します。その後、サブクラスは必要に応じて新しいプロパティやメソッドを追加したり、継承したものを変更したりすることができます。
以下は、クラス継承の例です。
class Animal:
def __init__(self, name, species):
self.name = name
self.species = species
def speak(self):
print(f"{self.name} is speaking.")
class Dog(Animal):
def __init__(self, name, breed):
super().__init__(name, "dog")
self.breed = breed
def speak(self):
print(f"{self.name} barks.")
この例では、__init__メソッドとspeakメソッドを持つベースクラスAnimalがあります。その後、構文class Dog(Animal):を使用してAnimalから継承するサブクラスDogを作成します。__init__メソッドをオーバーライドして、新しい属性breedを追加し、speakメソッドをオーバーライドして、"speaking"の代わりに"barks"を出力します。
ポリモーフィズム
ポリモーフィズムとは、オブジェクトが多数の形式を取ることができる能力を指します。クラスの文脈で言えば、サブクラスのオブジェクトは、スーパークラスのオブジェクトが期待される場所で使用することができます。これにより、より柔軟かつモジュール化されたコードが可能になります。
以下は、多態性の例です。
def make_animal_speak(animal):
animal.speak()
animal1 = Animal("Bob", "cat")
dog1 = Dog("Rex", "Labrador")
make_animal_speak(animal1)
make_animal_speak(dog1)
この例では、Animal型の引数を取り、そのspeakメソッドを呼び出すmake_animal_speak関数を定義します。次に、AnimalのインスタンスとDogのインスタンスを作成し、関数に渡します。DogはAnimalのサブクラスであるため、何の問題もなく関数に渡すことができます。これは、ポリモーフィズムが動作している例です。
全体的に、クラスの継承とポリモーフィズムは、より柔軟で再利用可能なコードを書くのに役立つ、オブジェクト指向プログラミングの強力な概念です。
super()
Pythonのsuper()関数は、親クラスのメソッドをサブクラスから呼び出すために使用します。これは、親クラスのメソッドをオーバーライドしたいけれども、その機能の一部を使いたい場合に便利です。
スーパークラスからメソッドを呼び出すためのシンタックスはsuper().method_name()です。以下はその例です。
class Parent:
def __init__(self, name):
self.name = name
def greet(self):
print(f"Hello, my name is {self.name}.")
class Child(Parent):
def greet(self):
super().greet()
print("I am a child.")
child = Child("Alice")
child.greet()
この例では、 ParentとChildという2つのクラスがあります。ChildはParentのサブクラスであり、Parentのgreet()メソッドをオーバーライドしています。しかし、 super().greet()を使ってParentのgreet()メソッドを呼び出すことに変わりはありません。
上記のコードの出力は次のようになります。
Hello, my name is Alice.
I am a child.
ご覧のように、Childクラスはまずsuper().greet()を使ってParentクラスのgreet()メソッドを呼び出し、インスタンスの名前とともに挨拶を出力します。そして、その出力に自分自身のメッセージを追加します。
もうひとつのsuper()の便利な機能は、継承階層内の特定のクラスのメソッドを呼び出すことができることです。例えば、複数の親クラスがある場合、super()を使って特定の親クラスにあるメソッドを呼び出すことができます。
class Parent1:
def method(self):
print("Parent1 method called.")
class Parent2:
def method(self):
print("Parent2 method called.")
class Child(Parent1, Parent2):
def method(self):
super(Parent1, self).method()
child = Child()
child.method()
この例では、 Parent1, Parent2, Childという3つのクラスがあります。ChildはParent1とParent2のサブクラスであり、 Parent1のmethod()をオーバーライドしています。しかし、 super(Parent1, self).method()を使ってParent1のmethod()を呼び出しているので、 "Parent1 method called." と表示されます。
上記のコードの出力は、次のようになります。
Parent1 method called.
まとめると、Pythonのsuper()関数は、親クラスのメソッドをサブクラスから呼び出すのに便利なツールです。これにより、親クラスの機能の一部を利用しながら、メソッドをオーバーライドすることができます。
Python クラスの使用におけるベストプラクティス
クラスはオブジェクト指向プログラミング（OOP）の基本的なコンセプトであり、Pythonはクラスの作成と使用を容易にします。この記事では、Pythonでクラスを使用するためのベストプラクティスについて説明します。
-
意味のあるクラス名とメソッド名を使用する
クラスとメソッドのために記述的で意味のある名前を使用することが重要です。これにより、コードがより読みやすく理解しやすくなります。1文字の変数名や解読が難しい略語を使用することは避けてください。 -
PEP 8スタイルガイドに従う
PEP 8スタイルガイドは、Pythonのコーディング規約に関するガイドラインを提供しています。これらのガイドラインに従うことで、コードがより一貫性があり、読みやすくなります。例えば、クラス名にはアンダースコアを使用して小文字を、メソッド名にはキャメルケースを使用してください。 -
初期化にinitメソッドを使用する
initメソッドは、クラスのインスタンスを作成するときに呼び出されるコンストラクタです。このメソッドを使用して、オブジェクトの状態や属性を初期化します。 -
適切な場合には継承を使用する
継承はOOPの強力な機能であり、既存のクラスを基に新しいクラスを作成することができます。既存のクラスの特性や動作を共有する新しいクラスを作成する必要がある場合には、継承を使用してください。 -
メソッドを小さく、重点的に保つ
メソッドは小さく、1つの責任に焦点を当てるべきです。これにより、コードがよりモジュラー化され、理解しやすくなります。メソッドが長すぎたり複雑すぎたりする場合は、より小さなメソッドにリファクタリングすることを検討してください。 -
グローバル変数の使用を避ける
グローバル変数はコードを理解し、保守することを困難にする場合があります。代わりに、インスタンス変数やクラス変数を使用して、メソッド間で共有するデータを保存します。 -
クラスとメソッドをドキュメント化するためにdocstringsを使用する
docstringsはコード内でコードをドキュメント化する方法です。クラスやメソッドの動作を説明し、使用方法の例を示すために使用します。
参考
Ryusei Kakujo
Focusing on data science for mobility
Bench Press 100kg!