Python超入門コース#13 クラス

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。
最後までみていただければ理解できるかと思うので、最後までみていってください。
また、最後に確認テスト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」といいます。
アトリビュートと変数の違いは、クラスの外にあるかクラスの中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。
丸括弧と書いて、コロン。改行です。
数学が80点と、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。
ここまでみた通り、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、クラスの使い方をみていきましょう。

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番の人がとったとします。
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」といったりします。
インスタンスとは、実体という意味です。
なので、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」を作ることをいいます。
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。
平均点の75点が表示されました。
ここまでは、80点と70点を直接、メソッド内に記述していました。
これだと生徒が変わるごとにメソッドの書き換えが必要です。
これを引数で渡して計算できるようにしましょう。
そうすることで、クラスの書き換えは不要になり、クラスを使い回すことができます。

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。
75点となるはずです。
75が表示されました。

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。
50が表示されました。

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おわりです。
print関数で表示させてみましょう。
実行してみましょう。
メソッドの結果の50とアトリビュートのsatoが表示されました。

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あとに、
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()
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いいます。
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、あと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みていきましょう。
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がでてきました。
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、sef.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の中をみてみましょう。
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。
エラーにならずに、satoと空の値が表示されました。

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()
a001.name = "tanaka"
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。
satoとtanakaが表示されました。

class Student:

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

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

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

a002 = Student("tanaka")
print(a001.name)

アトリビュートは、インスタンス化と同時に代入することもできます。
初期化メソッドの第二引数にnameという引数を記述します。
ダブルクォーテーションで空を代入していたところに、nameを記述します。
イメージとしては、第二引数のnameを初期化メソッド内のnameが受けて、それをself.nameに代入します。
では、a001にインスタンス化と同時に”sato”を渡してみましょう。
この記述は不要になります。
a002インスタンスにも”tanaka”を渡します。
表示させてみましょう。
satoさんとtanakaさんが表示されました。

クラスの便利なところ

以上がクラスの使い方です。
最後に、クラスの便利なところはどんなところでしょう?
クラスは一度、定義しておけば、あとからいくらでもインスタンスを作ることができます。
車を作る「設計図」がクラス、たい焼きを作る「金型」がクラスと表現したりもします。
もう1つ表現するなら、クラスは、パソコンで使うコピペです。
コピペでどんどんインスタンスを作ることができます。
もしクラスがなければ、生徒ひとりひとりのためにStudentクラスを書かなければいけないので面倒です。
クラスがあるから効率よくプログラミングすることができます。

関数を呼び出すaddの部分をprintで括ってみます。
実行してみます。
8が表示されました。

結果を変数に格納して、print関数で表示させる方法もあります。「add_result」という変数に代入して表示させてみましょう。
表示させてみます。8が表示されました。

確認問題

最後に確認問題をやっていきましょう。
このレッスンでは新しい用語がたくさんでてきたので、それを確認してみましょう。

① a001のことはなんというでしょうか?
② Student()は何を呼び出しているのでしょうか?
③ def init(self):の部分はなんというでしょうか?
④ sef.nameはなにを定義しているのでしょうか?
⑤ def avg(self, math, english):はなんというでしょうか?

1がインスタンス
2がクラス
3がコンストラクタ、初期化メソッドとも言います。
4はアトリビュート
5はメソッドです。

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