【Python超入門コース】13.クラス｜クラスとは、「データ」と「処理」をまとめたもの【プログラミング初心者向け入門講座】

この記事の執筆・監修

キノコード    

テクノロジーアンドデザインカンパニー株式会社のCEO。
日本最大級のプログラミング教育のYouTubeチャンネル「キノコード」や、プログラミング学習サービス「キノクエスト」を運営。
著書「あなたの仕事が一瞬で片付くPythonによる自動化仕事術」や、雑誌「日経ソフトウエア」や「シェルスクリプトマガジン」への寄稿など実績多数。

はじめに

こんにちは。キノコードです。
「Python超入門コース#13 クラス」について説明します。

クラスとは？

クラスにはインスタンスやコンストラクタなどの概念がでてきます。
私自身、プログラミングを勉強し始めたときに、これを理解するのに時間がかかりました。
私が何冊も書籍を読んで、こういう順番であれば理解しやすいというプロセスで説明します。
最後まで見ていただければ理解できるかと思うので、最後まで見ていってください。
また、最後に確認問題もありますのでぜひ挑戦してみてください。

まずクラスについて説明します。
クラスとは、「データ」と「処理」をまとめたものになります。
Pythonでは、「データ」のことをアトリビュートといい、「処理」のことをメソッドといいます。

アトリビュートとメソッド

アトリビュートは、クラス内で定義された変数のことです。
アトリビュートは、変数と同じように、数値や文字列を代入したり、参照したりすることができます。
クラスにアトリビュートを作ることを「アトリビュートを定義する」と言います。
アトリビュートと変数の違いは、クラスの中にあるかクラスの外にあるかの違いです。
次にメソッドについて説明します。
前のレッスンで関数は、いろいろな「処理」をまとめて1つにしたものと説明しました。
メソッドも関数と同じで、いろいろな「処理」をまとめて1つにしたものです。
簡単にいうと、メソッドは、クラス内に定義された関数です。
メソッドも関数と同じようにdefで定義します。
まとめると、アトリビュートはクラス内の変数、メソッドはクラス内の関数ということになります。

クラスの定義

クラスを作ることをクラスを定義すると言います。
このレッスンでどんなクラスを定義するか説明します。
クラス名はStudentとします。
そのクラスに生徒の名前を代入する「name」というアトリビュートを定義します。
そして、数学と英語の点数の平均を計算するavgというメソッドを定義します。
コードを書いていきましょう

class Student:

    def avg():
        print((80 + 70) / 2)

まずclassと書いて、次にクラス名を書きます。
今回はStudentというクラス名なので、Student。
クラス名の最初の文字は小文字でも定義はできますが、最初の文字を大文字にするのは、Pythonの慣習となっています。
クラス名の最初の文字は大文字にしましょう。
コロンを書いて改行です。

メソッドの定義

次にメソッドを定義していきます。
数学と英語の点数の平均を計算するメソッドです。
平均を算出するので、平均という意味のaverageを省略して、avgというメソッド名にします。
まずdefと書いて、メソッド名。
丸括弧を書いて、コロン。改行です。
数学が80点、英語が70点を取れたとして、それらを足して2で割ります。
表示させるためにpirnt関数でくくりましょう。
ここまで見た通り、メソッドは関数の定義のやり方と同じです。
ただし、引数について、メソッドと関数に違うところがあります。
スライドで説明します。
メソッドを定義する場合、必ず1つ引数を記述しなければならないです。
関数の場合は、渡したい引数がない場合、空欄でもよいです。
しかし、メソッドの場合は、渡したい引数がない場合でも必ず引数が1つ必要になります。
この引数は、どんな引数名でもよいのですが、selfと書くのが慣習です。
つまり、メソッドに渡したい引数がない場合、メソッドの引数にselfを記述します。
メソッドに渡したい引数が1つの場合、メソッドの引数にselfと渡したい引数名の合計2つ。
メソッドに渡したい引数が2つの場合、メソッドの引数にselfを含めた合計3つの引数を記述します。
コードを書いていきましょう。

class Student:

    def avg(self):
        print((80 + 70) / 2)

今回はメソッドに渡す引数がないので、引数の記述は、selfのみです。
このselfの役割は、Pythonがプログラムの実行で使っているものです。
理屈が少し複雑なので、メソッドの引数には、どんな場合でもselfと書くと覚えてしまいましょう。
これでメソッドの定義は終わりです。
クラスを実際に使ってみたいと思いますが、クラスはこのままでは使うことができません。
クラスは、クラスから作られたインスタンスを変数に代入してから使います。
クラスは、インスタンスになって初めて使えるようになります。
コードを書いて、クラスの使い方を見ていきましょう。

class Student:

    def avg(self):
        print((80 + 70) / 2)

a001 = Student()
a001.avg()

クラスの使い方（インスタンス化）

数学が80点、英語が70点という点数は、aという学級の出席番号001番の人が取ったとします。
変数名をa001とします。
イコールを書いて、クラス名を書き、丸括弧を書きます。
これで、クラスを使えるようになりました。
クラスを使えるような状態にすることを「インスタンス化」「オブジェクト化」「オブジェクト生成」と言ったりします。
インスタンスとは、実体という意味です。
ですから、インスタンス化とは、実体化という意味です。
つまり、インスタンス化とは、クラスという型から、インスタンスという実際に使える「モノ」を作ることを言います。
変数にインスタンスを代入して、インスタンスとして使えるようになったa001は、これからa001インスタンスと呼ぶことにします。
次にメソッドの実行方法についてです。
a001にドットをつけて、メソッド名です。
丸括弧も忘れないでください。
それでは実行してみましょう。

実行結果：

75.0

class Student:

    def avg(self, math, english):
        print((math + english)/2)

a001 = Student()
a001.avg(80,70)

クラス内に記述しているメソッドの2番目の引数をmathとします。
3番目の引数をenglishとします。
そのmathとenglishの引数を、print関数のところに記述します。
avgメソッドに80点と70点を渡して実行してみましょう。

実行結果：

75.0

class Student:

    def avg(self, math, english):
        print((math + english)/2)

a001 = Student()
a001.avg(30,70)

メソッドに渡す引数を30点と70点にしてみましょう。
平均の50が表示されるはずです。
実行してみましょう。

実行結果：

50.0

アトリビュートの定義

class Student:

    def avg(self, math, english):
        print((math + english)/2)

a001 = Student()
a001.avg(80,70)

a001.name = "sato"
print(a001.name)

次にアトリビュートについてみていきましょう。
アトリビュートは、クラス内に定義された変数のことです。
a001にドット。アトリビュートを書いて、
値を代入します。
値はsatoさんとしましょう。
これでアトリビュートの定義は終わりです。
print関数で表示させてみましょう。
実行してみましょう。

実行結果：

75.0
sato

class Student:

    def avg(self, math, english):
        print((math + english)/2)

a001 = Student()
a001.avg(80,70)

a001.name = "sato"
print(a001.name)

print(a001.gender)

仮に、性別という意味のgenderというまだ定義していないアトリビュートを表示させてみましょう。
もちろん、定義していないのでエラーになります。
実行してみましょう。
エラーです。
このように未定義のアトリビュートはエラーになります。

class Student:

    def avg(self, math, english):
        print((math + english)/2)

a001 = Student()
a001.avg(80,70)

a001.name = "sato"
print(a001.name)

a002 = Student()
print(a002.name)

また、a002というインスタンス名でインスタンス化をした後に、
nameのアトリビュートを表示させてみましょう。
実行してみましょう。
エラーとなりました。
このようにアトリビュートは、インスタンスごとに存在します。
逆の言い方をすれば、インスタンスごとに、アトリビュートを定義しなければなりません。
つまり、インスタンスごとにアトリビュートが存在するので、新しいインスタンスを作るごとに、アトリビュートを定義する必要があります。
そのため、10個インスタンスを作ったとすると、インスタンスごとにアトリビュートを10個定義する記述をしなければなりません。
先ほどの例でいうと、「a001.name」のような記述をインスタンスごとに10個、記述しなければなりません。
その不便さを解消するものがコンストラクタです。

コンストラクタ

class Student:

    def __init__(self):
        self.name = ""

    def avg(self, math, english):
        print((math + english)/2)

a001 = Student()
a001.name = "sato"
print(a001.name)

a002 = Student()
print(a002.name)

コンストラクタは、インスタンス化するときに、自動的に実行されるメソッドのことです。
コンストラクタは、初期化メソッドとも言います。
初期化メソッドは、インスタンス化をすれば、必ず実行されるメソッドです。
そのため、後から使うアトリビュートは、初期化メソッドで自動的に作っておけばよいのです。
初期化メソッドの記述方法を見ていきましょう。
初期化メソッドもメソッドです。
メソッドなので、まずdefと記述します。
アンダースコアを2つ。initと書いて、もう一度アンダースコアを2つ。
丸括弧を記述します。
メソッドを定義する場合、最初は必ずselfを書くのでselfを記述。コロンを書いて改行。
これで初期化メソッドの記述は終わりです。
フィールドには、佐藤さん、鈴木さんといったような名前を代入したいので、nameのアトリビュートを定義しましょう。
self、ドット、nameでアトリビュートを定義することができます。
ちなみに、ここでもselfが出てきました。
selfと書くことにより、selfにインスタンスが代入されます。
引数のselfにa001が代入され、self.nameがa001.nameとなるイメージです。
ここは難しい理屈なので、そういう仕組みになっているのだと思って覚えておきましょう。
ここでは、ダブルクオテーション2つで、空の値を代入させておきましょう。
では、インスタンス化をして、a001とa002のnameの中を見てみましょう。
avgメソッドの記述は消しておきます。
a001にはsatoが、先ほどエラーになったa002には初期化メソッドでアトリビュートを作ったので、

エラーにならず、空の値が入っているはずです。
実行してみましょう。

実行結果：

sato

class Student:

    def __init__(self):
        self.name = ""

    def avg(self, math, english):
        print((math + english)/2)

a001 = Student()
a001.name = "sato"
display(print(a001.name))

a002 = Student()
a002.name = "tanaka"
display(print(a002.name))

a001にsatoを代入してみましょう。
a002にtanakaを代入してみましょう。
実行してみます。

実行結果：

sato
tanaka