Что такое класс в пайтон

Примеры работы с классами в Python

Python — объектно-ориентированный язык с начала его существования. Поэтому, создание и использование классов и объектов в Python просто и легко. Эта статья поможет разобраться на примерах в области поддержки объектно-ориентированного программирования Python. Если у вас нет опыта работы с объектно-ориентированным программированием (OOП), ознакомьтесь с вводным курсом или учебным пособием, чтобы понять основные понятия.

Создание классов

Пример создания класса на Python:

Создание экземпляров класса

Доступ к атрибутам

Теперь, систематизируем все.

При выполнении этого кода, мы получаем следующий результат:

Вы можете добавлять, удалять или изменять атрибуты классов и объектов в любой момент.

Вместо использования привычных операторов для доступа к атрибутам вы можете использовать эти функции:

Встроенные атрибуты класса

Для вышеуказанного класса давайте попробуем получить доступ ко всем этим атрибутам:

Когда этот код выполняется, он возвращает такой результат:

Удаление объектов (сбор мусора)

Python автоматически удаляет ненужные объекты (встроенные типы или экземпляры классов), чтобы освободить пространство памяти. С помощью процесса ‘Garbage Collection’ Python периодически восстанавливает блоки памяти, которые больше не используются.

Сборщик мусора Python запускается во время выполнения программы и тогда, когда количество ссылок на объект достигает нуля. С изменением количества обращений к нему, меняется количество ссылок.

Пример работы __del__()
Деструктор __del__() выводит имя класса того экземпляра, который должен быть уничтожен:

Когда вышеуказанный код выполняется и выводит следующее:

Наследование класса в python

Наследование — это процесс, когда один класс наследует атрибуты и методы другого. Класс, чьи свойства и методы наследуются, называют Родителем или Суперклассом. А класс, свойства которого наследуются — класс-потомок или Подкласс.

Вместо того, чтобы начинать с нуля, вы можете создать класс, на основе уже существующего. Укажите родительский класс в круглых скобках после имени нового класса.

Класс наследник наследует атрибуты своего родительского класса. Вы можете использовать эти атрибуты так, как будто они определены в классе наследнике. Он может переопределять элементы данных и методы родителя.

Синтаксис наследования класса

Классы наследники объявляются так, как и родительские классы. Только, список наследуемых классов, указан после имени класса.

Источник

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.

Источник

Основы ООП в Python — классы, объекты, методы

О ОП — самая используемая парадигма программирования. Это одновременно и особый способ мышления, и отдельная методика. Её концепцию проще всего понимать на примерах из реальной жизни. И это неспроста. Объектно-ориентированное программирование помогает представлять содержимое программы наиболее естественным для нашего мира способом.

Главным понятием ООП является понятие программного объекта. Вообще говоря, большинство сущностей на планете Земля — это некие объекты. И с частью из них мы взаимодействуем при помощи программирования. Банковский счёт, персонаж компьютерной игры или анимированный виджет сайта — всё это легко представить в виде объектов. Можно сказать, что объектно-ориентированное программирование позволяет смоделировать реальный объект в виде программного.

Множество объектов со схожими свойствами формируются в классы. Идея класса также является одной из основополагающих концепций ООП. Со стороны программы, класс — это всего лишь тип данных, но для программиста это куда более глубокая абстрактная структура. Но перейдём уже к конкретике.

💁‍♂️ Итак, мы — разработчики игр. Наша студия трудится над новым автосимулятором. В игре будут представлены разные виды транспорта: легковые автомобили, гоночные, грузовые и пассажирские. Все их можно описать одним словом — автотранспорт. Сделав это, мы абстрагировались от деталей и, таким образом, определили класс. Объектом этого класса может быть, как Бьюик 1968-го года, так и грузовой Freightliner Columbia желтого цвета.

У класса есть свойства и функции (в ООП их называют методами).

Свойствами класса «автотранспорт» могут быть, например: год выпуска, вид и цвет. На уровне объектов это будет выглядеть так: Бьюик Электра — это объект класса «Автотранспорт» со следующими свойствами:

Можно сказать, что объект — это вполне конкретный экземпляр класса

Помимо физических атрибутов, которые описывают внешний вид и характеристики транспортного средства, автомобили обладают между собой и другими фундаментальными сходствами. Например, все они могут ехать, тормозить, переключать скорости, поворачивать и сигналить. В нашем случае, всё это — методы класса «Автотранспорт». То есть действия, которые любые объекты данного класса могут выполнять.

Мы разрабатываем игру, поэтому предполагается, что машины в ней будут исправными. Значит, вполне естественно, что каждая из них может ехать и тормозить.

В Питоне класс «Автотранспорт» может выглядеть так:

# класс автотранспорт class MotorTransport(object): def __init__(self, color, year, auto_type): self.color = color self.year = year self.auto_type = auto_type # тормозить def stop(self): print(«Pressing the brake pedal») # ехать def drive(self): print(‘WRRRRRUM!’)

Теперь никто не помешает нам получить собственную красную феррари. Пусть и в симуляторе.

# создадим объект класса Автотранспорт ferrari_testarossa = MotorTransport(‘Red’, 1987, ‘passenger car’) # жмём на газ и вперёд! ferrari_testarossa.drive() > WRRRRRUM!

Принципы ООП

Абстракция

Абстракция — это выделение основных, наиболее значимых характеристик объекта и игнорирование второстепенных.

Любой составной объект реального мира — это абстракция. Говоря «ноутбук», вам не требуется дальнейших пояснений, вроде того, что это организованный набор пластика, металла, жидкокристаллического дисплея и микросхем. Абстракция позволяет игнорировать нерелевантные детали, поэтому для нашего сознания это один из главных способов справляться со сложностью реального мира. Если б, подходя к холодильнику, вы должны были иметь дело с отдельно металлом корпуса, пластиковыми фрагментами, лакокрасочным слоем и мотором, вы вряд ли смогли бы достать из морозилки замороженную клубнику.

Полиморфизм

Наследование

Это способность одного класса расширять понятие другого, и главный механизм повторного использования кода в ООП. Вернёмся к нашему автосимулятору. На уровне абстракции «Автотранспорт» мы не учитываем особенности каждого конкретного вида транспортного средства, а рассматриваем их «в целом». Если же более детализировано приглядеться, например, к грузовикам, то окажется, что у них есть такие свойства и возможности, которых нет ни у легковых, ни у пассажирских машин. Но, при этом, они всё ещё обладают всеми другими характеристиками, присущими автотранспорту.

Мы могли бы сделать отдельный класс «Грузовик», который является наследником «Автотранспорта». Объекты этого класса могли бы определять все прошлые атрибуты (цвет, год выпуска), но и получить новые. Для грузовиков это могли быть грузоподъёмность, снаряженная масса и наличие жилого отсека в кабине. А методом, который есть только у грузовиков, могла быть функция сцепления и отцепления прицепа.

Инкапсуляция

Инкапсуляция — это ещё один принцип, который нужен для безопасности и управления сложностью кода. Инкапсуляция блокирует доступ к деталям сложной концепции. Абстракция подразумевает возможность рассмотреть объект с общей точки зрения, а инкапсуляция не позволяет рассматривать этот объект с какой-либо другой.

Вы разработали для муниципальных служб класс «Квартира». У неё есть свойства вроде адреса, метража и высоты потолков. И методы, такие как получение информации о каждом из этих свойств и, главное, метод, реализующий постановку на учёт в Росреестре. Это готовая концепция, и вам не нужно чтобы кто-то мог добавлять методы «открыть дверь» и «получить место хранения денег». Это А) Небезопасно и Б) Избыточно, а также, в рамках выбранной реализации, не нужно. Работникам Росреестра не требуется заходить к вам домой, чтобы узнать высоту потолков — они пользуются только теми документами, которые вы сами им предоставили.

Класс

Классы, в некотором смысле, подобны чертежам: это не объекты сами по себе, а их схемы. Класс «банковских счетов» имеет строго определенные и одинаковые для всех атрибуты, но объекты в нём — сами счета — уникальны.

Как в Python создать класс

class SimpleClass: pass

Для именования классов в Python обычно используют стиль «camel case», где первая буква — заглавная.

Конструктор

Метод, который вызывается при создании объектов, в ООП зовётся конструктором. Он нужен для объектов, которые изначально должны иметь какие-то значение. Например, пустые экземпляры класса «Студент» бессмысленны, и желательно иметь хотя бы минимальный обозначенный набор вроде имени, фамилии и группы.

В качестве Питоновского конструктора выступает метод __init__() :

class Student: def __init__(self, name, surname, group): self.name = name self.surname = surname self.group = group alex = Student(«Alex», «Ivanov», «admin»)

Атрибуты класса

Поля могут быть статическими и динамическими:

☝️ Обратите внимание — статический и динамический атрибут может иметь одно и то же имя:

class MightiestWeapon: # статический атрибут name = «Default name» def __init__(self, name): # динамический атрибут self.name = name weapon = MightiestWeapon(«sword») print(MightiestWeapon.name) print(weapon.name)

Методы класса

Метод — это функция класса.

class SpaceShip: def atack(self): print(‘Пиу!’) star_destroyer = SpaceShip() star_destroyer.atack() > Пиу!

Что такое self?

🐈 Отличный пример с котофеями:

Уровни доступа атрибутов и методов

В Питоне не существует квалификаторов доступа к полям класса. Отсутствие аналогов связки public/private/protected можно рассматривать как упущение со стороны принципа инкапсуляции.

Декораторы

Декоратор — это функция-обёртка. В неё можно завернуть другой метод, и, тем самым, изменить его функциональность, не меняя код.

Объекты или экземпляры класса

Чем объекты отличаются от классов

Как уже было сказано, объект — это конкретный экземпляр класса. Все мы относимся к классу людей, но каждый из нас — уникальный объект этого класса.

Как создать объект класса в Python

Если у нас есть реализация класса, то его экземпляр создать очень просто:

class AirConditioner: def __init__(self, model, capacity): self.model = model self.capacity = capacity def turn_on(self): print(‘Now in the room will be cool’) # создадим объект класса Кондиционер ballu = AirConditioner(‘BPAC-07’, 785) ballu.turn_on() > Now in the room will be cool

Атрибуты объекта

Атрибуты класса могут быть динамическими и статическими. На уровне объекта они инициализируются так:

class MightiestWeapon: name = «Default name» def __init__(self, weapon_type): self.weapon_type = weapon_type # атрибут name можно переопределить и не создавая объекта MightiestWeapon.name = ‘Steel Sword’ print(MightiestWeapon.name) > Steal Sword # создаём объект и сразу же инициализируем динамический атрибут с помощью конструктора hero_sword = MightiestWeapon(‘sword’) # и теперь, уже для конкретного объекта, можно задать имя hero_sword.name = ‘Excalibur’ # новое статическое имя по умолчанию для всего класса не изменится print(MightiestWeapon.name) > Steal Sword print(hero_sword.name) > Excalibur

Наследование

Нередко в процессе написания кода выясняется, что некоторые объекты аналогичны другим за исключением нескольких различий. Определение сходств и различий между такими объектами называется «наследованием».

# класс «Животное». Это достаточно абстрактный класс всего с одним методом «Издать звук». class Animal: def make_a_sound(self): print(«Издаёт животный звук»)

Мы все прекрасно знаем, что котики, к примеру, любят всё ронять, а собакены — рыть землю. Создадим два соответствующих класса-наследника:

# факт наследования в Python указывается при объявлении класса-наследника. # в скобках, после имени класса, указывается класс-родитель class Cat(Animal): def drop_everything(self): print(‘Вставай скорее, я всё уронил!’) class Dog(Animal): def dig_the_ground(self): print(‘Однажды я докопаюсь до ядра планеты!’)

Теперь объекты этих двух классов могут не только издавать животные звуки, но и выполнять собственные уникальные действия:

Tom = Cat() Tom.make_a_sound() > Издаёт животный звук Tom.drop_everything() > Вставай скорее, я всё уронил!

Переопределение

Сейчас у нас и кошка, и собака просто «издают животные звуки», а хотелось бы, конечно, слышать звуки, свойственные именно этим животным. Для этого существует механика переопределения. Достаточно объявить в классе-наследнике метод с тем же названием, что и в базовом классе:

class Dog(Animal): def dig_the_ground(self): print(‘Однажды я докопаюсь до ядра планеты!’) # отныне для объектов класса «Собака» будет выполняться именно эта реализация метода def make_a_sound(self): print(‘Гав-гав!’) Balto = Dog() Balto.make_a_sound() > Гав-гав!

Документирование классов

Весь код нужно комментировать и документировать. Классы — не исключение. Стоит помнить, что код вы пишите не для себя, и вполне вероятно, что написанное вами придётся поддерживать другим людям. Комментарии повышают читаемость и увеличивают легкость восприятие кода в разы, тем самым экономя время и деньги.

ООП ещё долгое время будет оставаться передовой парадигмой программирования. Но учить её полезно и по другой причине. Прямая связь объектно-ориентированного программирования с реальным миром помогает глубже понимать устройство и принципы работы, как самого языка, так и написания кода в целом.

Источник