Класс и объект в Python
Объектно-ориентированное программирование в Python
Python — это процедурно-ориентированный и одновременно объектно-ориентированный язык программирования.
Процедурно-ориентированный
«Процедурно-ориентированный» подразумевает наличие функций. Программист может создавать функции, которые затем используются в сторонних скриптах.
Объектно-ориентированный
«Объектно-ориентированный» подразумевает наличие классов. Есть возможность создавать классы, представляющие собой прототипы для будущих объектов.
Создание класса в Python
Синтаксис для написания нового класса:
Атрибут:
Атрибут — это элемент класса. Например, у прямоугольника таких 2: ширина ( width ) и высота ( height ).
Метод:
Конструктор:
Создание объекта с помощью класса Rectangle:
Что происходит при создании объекта с помощью класса?
При создании объекта класса Rectangle запускается конструктор выбранного класса, и атрибутам нового объекта передаются значения аргументов. Как на этом изображении:
Конструктор с аргументами по умолчанию
В других языках программирования конструкторов может быть несколько. В Python — только один. Но этот язык разрешает задавать значение по умолчанию.
Все требуемые аргументы нужно указывать до аргументов со значениями по умолчанию.
Сравнение объектов
В Python объект, созданный с помощью конструктора, занимает реальное место в памяти. Это значит, что у него есть точный адрес.
Атрибуты
В Python есть два похожих понятия, которые на самом деле отличаются:
Стоит разобрать на практике:
Атрибут
Объекты, созданные одним и тем же классом, будут занимать разные места в памяти, а их атрибуты с «одинаковыми именами» — ссылаться на разные адреса. Например:
Атрибуты функции
Обычно получать доступ к атрибутам объекта можно с помощью оператора «точка» (например, player1.name ). Но Python умеет делать это и с помощью функции.
| Функция | Описание |
|---|---|
| getattr (obj, name[,default]) | Возвращает значение атрибута или значение по умолчанию, если первое не было указано |
| hasattr (obj, name) | Проверяет атрибут объекта — был ли он передан аргументом «name» |
| setattr (obj, name, value) | Задает значение атрибута. Если атрибута не существует, создает его |
| delattr (obj, name) | Удаляет атрибут |
Встроенные атрибуты класса
Объекты класса — дочерние элементы по отношению к атрибутам самого языка Python. Таким образом они заимствуют некоторые атрибуты:
Переменные класса
Переменные класса в Python — это то же самое, что Field в других языках, таких как Java или С#. Получить к ним доступ можно только с помощью имени класса или объекта.
Для получения доступа к переменной класса лучше все-таки использовать имя класса, а не объект. Это поможет не путать «переменную класса» и атрибуты.
У каждой переменной класса есть свой адрес в памяти. И он доступен всем объектам класса. 
Составляющие класса или объекта
Классы Python
Классы в языке Python являются важнейшей частью объектно-ориентированного подхода к программированию. Класс описывает пользовательский тип данных, на основе которого в программе создаются однородные объекты. Как правило, они могут включать в себя некие свойства и методы, позволяющие реализовать их текущее состояние, а также поведение. В статье описаны классы для начинающих и чайников в Python 3, а так же чтобы освежить знания опытным программистам.
Объектно-ориентированное программирование
Объектно-ориентированный подход к разработке ПО был призван стать надежной заменой для структурной методологии программирования. Согласно этой уже устаревшей концепции, каждая отдельно взятая программа является иерархической структурой из функциональных блоков кода.
Благодаря такой особенности:
Основными принципами ООП являются следующие механизмы: абстракция, инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Для создания программ, обрабатывающих информацию в виде объектов, необходимо понимание, а также комплексное соблюдение всех четырех парадигм. Практическое применение каждой из них можно встретить в примерах из данной статьи.
Рассмотрим основные принципы ООП:
Создание класса и объекта
Чтобы определить новый класс в своей программе, необходимо напечатать ключевое слово class, а после него добавить имя для создаваемой структуры данных, завершив ввод вставкой двоеточия. Следующий пример демонстрирует генерацию пустого класса с именем Example. Как можно заметить, в нем полностью отсутствует какая-либо информация.
Несмотря на пустое тело класса Example, на его основе уже можно создать определенный объект, обладающий уникальным идентификатором. Последняя строка кода, находящегося выше, представляет собой пример генерации объекта с именем example и типом данных Example. Здесь используется оператор присваивания, а также пустые круглые скобки после названия класса, прямо как в вызове метода не имеющего никаких аргументов.
Определив новый класс, можно создавать сколько угодно объектов на его основе. Как уже было сказано выше, такая структура данных может включать в себя некие свойства, то есть переменные, которыми будет наделен каждый экземпляр класса. Ниже приведен простой пример класса и объекта Python 3. В примере описывается класс под названием Data со строкой word и числом number.
Если создать объект, основанный на классе Data, то он получит обе переменные, а также их значения, которые были определены изначально. Таким образом, был сгенерирован объект data. Получить доступ к его полям с именами word и number можно с помощью оператора точки, вызвав его через экземпляр класса. Функция print поможет вывести значения полей объекта data на экран. Не стоит забывать и о том, что число следует привести к строчному виду для того чтобы обработать его в методе print вместе с текстовым значением.
Помимо полей, пользовательский класс может включать в себя и методы, которыми будут наделены все его экземпляры. Вызвать выполнение определенного метода через созданный объект можно так же, как и получить доступ к его полям, то есть с помощью точки. Данный пример демонстрирует класс Data с функцией sayHello, которая выводит текст на экран.
Для того чтобы вызвать метод sayHello, нужно создать объект, принадлежащий требуемому классу Data. После этого можно запустить функцию через сгенерированный экземпляр с идентификатором data, что позволит вывести небольшое текстовое сообщение.
Аргумент self
Рассмотрим зачем нужен и что означает self в функциях Python. Как можно было заметить, единственным атрибутом для метода из класса является ключевое слово self. Помещать его нужно в каждую функцию чтобы иметь возможность вызвать ее на текущем объекте. Также с помощью этого ключевого слова можно получать доступ к полям класса в описываемом методе. Self таким образом заменяет идентификатор объекта.
Вверху представлен класс Dog, описывающий собаку. Он обладает полями name (имя) со стартовым значением «Charlie» и noise (шум), содержащим звук, который издает животное. Метод makeNoise заставляет собаку лаять, выдавая соответствующее сообщение на экран. Для этого в функции print используется получение доступа к полям name и noise. Далее необходимо создать экземпляр класса Dog и вызвать на нем makeNoise.
Конструктор
В предыдущих примерах кода все создаваемые объекты получали значения для своих полей напрямую из класса, так как они были заданы по умолчанию. Изменить внутренние данные любого объекта можно с помощью оператора доступа к свойствам объекта. Но существует возможность заранее определить поля для объекта, задав их во время его создания. Для этой цели в ООП используется конструктор, принимающий необходимые параметры. Следующий пример показывает работу конструктора во время инициализации объекта класса Dog.
Внешне конструктор похож на обычный метод, однако вызвать его явным образом нельзя. Вместо этого он автоматически срабатывает каждый раз, когда программа создает новый объект для класса, в котором он расположен. Имя у каждого конструктора задается в виде идентификатора __init__. Получаемые им параметры можно присвоить полям будущего объекта, воспользовавшись ключевым словом self, как в вышеописанном примере.
Таким образом, класс Dog содержит два поля: name (имя) и breed (порода). Конструктор принимает параметры для изменения этих свойств во время инициализации нового объекта под названием dog. Каждый класс содержит в себе по крайней мере один конструктор, если ни одного из них не было задано явно. Однако в том случае, когда программист добавляет в свой класс конструктор с некими параметрами, конструктор, не обладающий параметрами, работать не будет. Чтобы им воспользоваться, нужно явно прописать его в классе.
Ключевой особенностью ООП является абстракция, благодаря которой есть возможность создавать частные объекты на основе общего класса, то есть определенного абстрактного понятия, такого как собака, поскольку она может иметь свое имя, породу, вес, рост.
Деструктор
Работа с деструктором, как правило, является прерогативой языков, предоставляющих более широкие возможности для управления памятью. Несмотря на грамотную работу сборщика мусора, обеспечивающего своевременное удаление ненужных объектов, вызов деструктора все еще остается доступным. Переопределить его можно в классе, задав имя __del__.
Как и конструктор, деструктор может содержать некий пользовательский код, сообщающий об успешном завершении работы метода. В данном примере создается экземпляр класса Data и вызывается его деструктор, принимающий в качестве параметра сам объект.
Наследование
Возможность одному классу выступать в качестве наследника для другого, перенимая тем самым его свойства и методы, является важной особенностью ООП.
При наследовании классов в Python обязательно следует соблюдать одно условие: класс-наследник должен представлять собой более частный случай класса-родителя. В следующем примере показывается как класс Person (Человек) наследуется классом Worker (Работник). При описании подкласса в Python, имя родительского класса записывается в круглых скобках.
Person содержит поле name (имя), которое передается классу Worker, имеющему свойство wage (заработная плата). Все условия наследования соблюдены, так как работник является человеком и также обладает именем. Теперь, создав экземпляр класса Worker под названием human, можно получить свободный доступ к полям из родительской структуры данных.
Множественное наследование
Наследовать можно не только один класс, но и несколько одновременно, обретая тем самым их свойства и методы. В данном примере класс Dog (Собака) выступает в роли подкласса для Animal (Животное) и Pet (Питомец), поскольку может являться и тем, и другим. От Animal Dog получает способность спать (метод sleep), в то время как Pet дает возможность играть с хозяином (метод play). В свою очередь, оба родительских класса унаследовали поле name от Creature (Создание). Класс Dog также получил это свойство и может его использовать.
В вышеописанном примере создается объект класса Dog, получающий имя в конструкторе. Затем по очереди выполняются методы sleep (спать), play (играть) и bark (лаять), двое из которых были унаследованы. Способность лаять является уникальной особенностью собаки, поскольку не каждое животное или домашний питомец умеет это делать.
Абстрактные методы
Поскольку в ООП присутствует возможность наследовать поведение родительского класса, иногда возникает необходимость в специфической реализации соответствующих методов. В качестве примера можно привести следующий код, где классы Dog (Собака) и Cat (Кошка) являются потомками класса Animal (Животное). Как и положено, они оба наследуют метод makeNoise (шуметь), однако в родительском классе для него не существует реализации.
Все потому, что животное представляет собой абстрактное понятие, а значит не способно издавать какой-то конкретный звук. Однако для собаки и кошки данная команда зачастую имеет общепринятое значение. В таком случае можно утверждать, что метод makeNoise из Animal является абстрактным, поскольку не имеет собственного тела реализации.
Как видно из примера, потомки Dog и Cat получают makeNoise, после чего переопределяют его каждый по-своему. В этом заключается суть полиморфизма, позволяющего изменять ход работы определенного метода исходя из нужд конкретного класса. При этом название у него остается общим для всех наследников, что помогает избежать путаницы с именами.
Статические методы
В вышеописанном коде класс Math включает в себя два статических метода: inc, берущий число в качестве параметра и возвращающий результат, увеличенный на единицу, и dec, делающий все то же самое, только наоборот. Вызвать оба этих метода можно с помощью оператора точки, а также имени класса Math, где они были изначально реализованы.
Ограничение доступа
По умолчанию все свойства классов открыты для доступа извне, благодаря чему их можно в любой момент изменить по своему усмотрению при помощи оператора точки. Это не всегда хорошо, так как существуют некие риски потери информации либо введения неправильных данных, приводящих к сбоям в работе программы. Особенно это опасно, когда над проектом работает несколько программистов и не всегда очевидно, для чего нужно то или иное поле.
В такой ситуации помогает еще одна особенность ООП под названием инкапсуляция. Она предписывает применение приватных свойств класса, к которым отсутствует доступ за его пределами. Для управления содержимым объекта необходимо использовать специальные методы, именуемые getter (возвращает значение) и setter (устанавливает значение).
Чтобы ограничить видимость полей, следует задать для них имя, начинающееся с двойного подчеркивания. В примере, продемонстрированном выше, класс Cat (Кошка) имеет закрытое свойство __name (имя), а также специальные методы get_name и set_name. Отличительной чертой такого подхода является возможность установить определенные рамки для вводимых значений. Например, можно запретить ввод отрицательного числа или пустой строки.
Свойства классов
С помощью специального механизма свойств класса можно внести корректировки в работу с оператором точки, присвоив ему собственные функции. В следующем примере представлен класс с приватным полем x, для которого написаны getter и setter. С помощью присвоения полю x специального значения функции property, получающей в качестве аргументов имена методов, можно настроить работу оператора точки согласно своим нуждам.
Перегрузка операторов
Для обработки примитивных типов данных в языках программирования используются специальные операторы. К примеру, арифметические операции выполняются при помощи обычных знаков плюс, минус, умножить, разделить. Однако при работе с собственными типами информации вполне может потребоваться помощь этих операторов. Благодаря специальным функциям, их можно самостоятельно настроить под свои задачи.
В данном примере создается класс Point (точка), обладающий двумя полями: x и y. Для сравнения двух разных объектов такого типа можно написать специальный метод либо же просто перегрузить соответствующий оператор. Для этого потребуется переопределить функцию __eq__ в собственном классе, реализовав новое поведение в ее теле.
Переопределенный метод возвращает результат сравнения двух полей у различных объектов. Благодаря этому появилась возможность сравнивать две разных точки, пользуясь всего лишь обычным оператором. Результат его работы выводится при помощи метода print.
Аналогично сравнению, можно реализовать в Python перегрузку операторов сложения, вычитания и других арифметических и логических действий. Так же можно сделать перегрузку стандартных функций str и len.
Заключение
В данной статье были рассмотрены основные особенности работы с классами в языке Python и наглядно продемонстрированы наиболее важные принципы объектно-ориентированного программирования. Работа с классами позволяет представить все данные в программе в виде взаимодействующих между собой объектов, обладающих некими свойствами и поведением.
Классы в Python
Объектно-ориентированное программирование считается одним из самых эффективных методов создания программ. В объектно-ориентированном программирование создаются классы, описывающие реальные предметы и ситуации, а затем создаете объекты на основе этих описаний. Созданием объекта на основе класса называется созданием экземпляра.
| Содержание страницы: |
|---|
| 1. Создание класса |
| 1.1. Метод __init__() |
| 1.2. Создание экземпляра класса |
| 1.3. Обращение к атрибутам класса |
| 1.4. Вызов методов класса |
| 2. Работа с классами |
| 2.1. Прямое изменение значения атрибута |
| 2.2. Изменение значения атрибута с использованием метода |
| 2.3. Изменение значения атрибута с приращением |
| 3. Наследование класса |
| 3.1. Переопределение методов класса-родителя |
1. Создание класса в Python
Классы в Python могут моделировать практически все что угодно. Создадим простой класс, который будет описывать конкретный автомобиль:
Разберем код по порядку. В начале определяется класс с именем Car ( class Car ). По общепринятым соглашение название класса начинается с символа верхнего регистра. Круглые скобки в определение класса пусты, так как класс создается с нуля. Далее идет строка документации с кратким описанием. ( «»»Описание автомобиля»»» ).
1.1. Метод __init__()
Каждая из двух переменных self.brand = brand и self.model = model снабжена префиксом self и к ним можно обращаться вызовом self.brand и self.model. Значения берутся из параметров brand и model. Переменные, к которым вы обращаетесь через экземпляры, также называются атрибутами.
1.2. Создание экземпляра класса
С помощью класса Car мы можем создавать экземпляры для конкретного автомобиля. Каждый экземпляр описывает конкретный автомобиль и его параметры.
1.3. Обращение к атрибутам класса
К атрибутам экземпляра класса мы можем обращаться через запись:
В записи используется имя экземпляра класса и после точки имя атрибута (car_1.brand) или (car_1.model). В итоге на экран выведется следующая информация:
Bmw
X5
1.4. Вызов методов класса
После создания экземпляра на основе класса Car можете вызывать любые методы, написанные в классе. Чтобы вызвать метод, укажите экземпляр (car_1) и вызываемый метод после точки:
car_1. sold ()
car_1. discount ()
При вызове данных методов, Python выполнит код, написанный в этом методе.
Автомобиль Bmw X5 продан
На автомобиль Bmw X5 скидка 5%
2. Работа с классами на Python
В описание автомобиля есть три атрибута(параметра) это brand, model, years. Также мы создали новый атрибут mileage (пробег) и присвоили ему начальное значение 0. Так как пробег у всех автомобилей разный, в последующем мы сможем изменять этот атрибут. Метод get_full_name будет возвращать полное описание автомобиля. Метод read_mileage будет выводить пробег автомобиля.
Создадим экземпляр с классом Car и запустим методы:
car_2 = Car(‘audi’, ‘a4’, 2019)
print(car_2. get_full_name() )
car_2. read_mileage()
В результате в начале Python вызывает метот __init__() для создания нового экземпляра. Сохраняет название, модель, год выпуска и создает новый атрибут с пробегом равным 0. В итоге мы получим такой результат:
Автомобиль Audi A4 2019
Пробег автомобиля 0 км.
2.1. Прямое изменение значения атрибута
Для изменения значения атрибута можно обратиться к нему напрямую и присвоить ему новое значение. Изменим пробег автомобиля car_2:
car_2 = Car(‘audi’, ‘a4’, 2019)
print(car_2.get_full_name())
car_2.mileage = 38
car_2. read_mileage()
Мы обратились к нашему экземпляру car_2 и связанным с ним атрибутом пробега(mileage) и присвоили новое значение 38. Затем вызвали метод read_mileage() для проверки. В результате мы получим следующие данные.
Автомобиль Audi A4 2019
Пробег автомобиля 38 км.
2.2. Изменение значения атрибута с использованием метода
В Python удобнее писать методы, которые будут изменять атрибуты за вас. Для этого вы просто передаете новое значение методу, который обновит значения. Добавим в наш класс Car метод update_mileage() который будет изменять показания пробега.
car_2 = Car(‘audi’, ‘a4’, 2019)
print(car_2.get_full_name())
car_2. read_mileage()
car_2. update_mileage (17100)
car_2. read_mileage()
Вначале выведем текущие показания пробега ( car_2. read_mileage() ). Затем вызовем метод update_mileage() и передадим ему новое значение пробега ( car_2. update_mileage (17100) ). Этот метод устанавливает пробег 17100. Выведем текущие показания ( car_2. read_mileage() ) и у нас получается:
Автомобиль Audi A4 2019
Пробег автомобиля 0 км.
Пробег автомобиля 17100 км.
2.3. Изменение значения атрибута с приращением
Если вместо того, чтобы присвоить новое значение, требуется изменить с значение с приращением, то в этом случаем мы можем написать еще один метод, который будет просто прибавлять пробег к уже имеющемся показаниям. Для этого добавим метод add_mileage в класс Car :
Новый метод add_mileage() получает пробег в км и добавлет его к self.mileage.
car_2. add_mileage (14687)
car_2. read_mileage ()
Пробег автомобиля 31787 км.
В итоге после вызова метода add_mileage() пробег автомобиля в экземпляре car_2 увеличится на 14687 км и станет равным 31787 км. Данный метод мы можем вызывать каждый раз при изменении пробега и передавать новые значение, на которое будет увеличивать основной пробег.
3. Наследование класса в Python
class Car():
«»»Описание автомобиля»»»
def __init__(self, brand, model, years):
«»»Инициализирует атрибуты brand и model»»»
self.brand = brand
self.model = model
self.years = years
self.mileage = 0
def get_full_name(self):
«»»Автомобиль»»»
name = f»Автомобиль
return name.title()
def read_mileage(self):
«»»Пробег автомобиля»»»
print(f»Пробег автомобиля
def update_mileage(self, new_mileage):
«»»Устанавливает новое значение пробега»»»
self.mileage = new_mileage
def add_mileage(self, km):
«»»Добавляет пробег»»»
self.mileage += km
Создадим экземпляр класса ElectriCar и сохраним его в переменную tesla_1
tesla_1 = ElectricCar (‘tesla’, ‘model x’, 2021)
print(tesla_1. get_full_name ())
tesla_1. battery_power ( )
При вызове двух методов мы получим:
Автомобиль Tesla Model X 2021
Мощность аккумулятора 100 кВт⋅ч
3.1. Переопределение методов класса-родителя
Методы, которые используются в родительском классе можно переопределить в классе-потомке (подклассе). Для этого в классе-потомке определяется метод с тем же именем, что и у класса-родителя. Python игнорирует метод родителя и переходит на метод, написанный в классе-потомке (подклассе). Переопределим метод def get_full_name() чтобы сразу выводилась мощность аккумуляторов.
В результате при запросе полного названия автомобиля Python проигнорирует метод def get_full_name() в классе-родителя Car и сразу перейдет к методу def get_full_name() написанный в классе ElectricCar.
tesla_1 = ElectricCar (‘tesla’, ‘model x’, 2021)
print(tesla_1. get_full_name ())
Автомобиль Tesla Model X 2021 100-Квт⋅Ч