upd:

11.05.2023

32K

Основы ООП в Python — классы, объекты, методы

Содержание

ООП — 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).

Свойства — это характеристики, присущие данному конкретному множеству объектов.
Методы — те действия, которые они могут совершать.

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:

вид — легковой автомобиль;
цвет — чёрный;
год выпуска — 1968.

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

Полиморфизм подразумевает возможность нескольких реализаций одной идеи. Простой пример: у вас есть класс "Персонаж", а у него есть метод "Атаковать". Для воина это будет означать удар мечом, для рейнджера — выстрел из лука, а для волшебника — чтение заклинания "Огненный Шар". В сущности, все эти три действия — атака, но в программном коде они будут реализованы совершенно по-разному.

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

- У тебя есть ключ? - Лучше! У меня есть рисунок ключа!

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

В Python классы и объекты по смыслу не отличаются от других языков. Нюансы в реализации. Для создания класса в Питоне необходимо написать инструкцию class, а затем выбрать имя. В простейшем случае, класс выглядит так:

class SimpleClass:
    pass

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

LikeThis

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

Вы уже поняли, что у каждого класса есть собственный набор характеристик, который помогает описывать его сущность. Эти свойства еще называются полями или атрибутами.

Поля могут быть статическими и динамическими:

Статические поля (поля класса) можно использовать без создания объекта. А значит, конструктор вам не нужен.
Динамические поля (поля объекта) задаются с помощью конструктора, и тут уже, как вы видели, экземпляр нужно создать, а полям присвоить значения.

class MightiestWeapon:
    # статический атрибут
    name = "Default name"

    def __init__(self, weapon_type):
        # динамический атрибут
        self.weapon_type = weapon_type

☝️ 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.

Например, у всех научно-фантастических космических кораблей есть бортовое оружие. И оно может стрелять.

class SpaceShip:
    def atack(self):
        print('Пиу!')

star_destroyer = SpaceShip()
star_destroyer.atack()

> Пиу!

Что такое self?

Аналог этого ключевого слова в других языках — слово this. self — это всего лишь ссылка на текущий экземпляр класса.

🐈 Отличный пример с котофеями:

Все котики умеют мурлыкать;
Эта способность реализована в классе Кот, как метод Мурчать;
Вы хотите, чтобы ваш кот по имени Пушок помурчал;
Если сделать так: Кот.Мурчать, то мурлыкать начнут все коты во Вселенной;
Но так как вам нужен один конкретный кот, то нужно вызвать метод иначе: self.Мурчать;
Сделано. Пушок мурлыкает.

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.

Подробнее о Python-документации:

Документирование кода в Python

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.

Комментарии (2)

Игорь

1 год 8 месяцев назад

__init__ — не конструктор!

Конструкторы в языках программирования, поддерживающих ООП, именно создают экземпляры: выделяют память под объект, возвращают ссылку на этот объект. То есть до вызова конструктора экземпляр не существует. __init__ же получает ссылку на уже существующий объект в аргументе self.

При создании объекта в Python вызывается метод __new__ и именно он является конструктором класса.

ответить

Pythonchik

Главная задача конструктора — создать и инициализировать новый объект. В некоторых языках программирования эти два действия объединены в одно. Но в Python они выполняются отдельно друг от друга. __new__ — отвечает за создание и возврат фактического объекта. __init__ — отвечает за инициализацию объекта, установку значений по умолчанию и т.д.

Оба метода можно назвать конструктором (так как они являются его частью), однако на практике в 99% случаев вы будете использовать метод __init__. А метод __new__ используется в специфических кейсах и его описание тянет на отдельную статью.