Зачем нужны классы в python

• Модуль csv - чтение и запись CSV файлов
• Создаём сайт на Django, используя хорошие практики. Часть 1: создаём проект
• Онлайн-обучение Python: сравнение популярных программ

• Книги о Python
• GUI (графический интерфейс пользователя)
• Курсы Python
• Модули
• Новости мира Python
• NumPy
• Обработка данных
• Основы программирования
• Примеры программ
• Типы данных в Python
• Видео
• Python для Web
• Работа для Python-программистов

• Сделай свой вклад в развитие сайта!
• Самоучитель Python
• Карта сайта
• Отзывы на книги по Python
• Реклама на сайте

Объектно-ориентированное программирование

Python имеет множество встроенных типов, например, int, str и так далее, которые мы можем использовать в программе. Но также Python позволяет определять собственные типы с помощью классов . Класс представляет некоторую сущность. Конкретным воплощением класса является объект.

Можно еще провести следующую аналогию. У нас у всех есть некоторое представление о человеке, у которого есть имя, возраст, какие-то другие характеристики Человек может выполнять некоторые действия - ходить, бегать, думать и т.д. То есть это представление, которое включает набор характеристик и действий, можно назвать классом. Конкретное воплощение этого шаблона может отличаться, например, одни люди имеют одно имя, другие - другое имя. И реально существующий человек будет представлять объект этого класса.

Класс определяется с помощью ключевого слова class :

class название_класса: атрибуты_класса методы_класса

Внутри класса определяются его атрибуты, которые хранят различные характеристики класса, и методы - функции класса.

Создадим простейший класс:

class Person: pass

В данном случае определен класс Person, который условно представляет человека. В данном случае в классе не определяется никаких методов или атрибутов. Однако поскольку в нем должно быть что-то определено, то в качестве заменителя функционала класса применяется оператор pass . Этот оператор применяется, когда синтаксически необходимо определить некоторый код, однако мы не хотим его, и вместо конкретного кода вставляем оператор pass.

После создания класса можно определить объекты этого класса. Например:

class Person: pass tom = Person() # определение объекта tom bob = Person() # определение объекта bob

После определения класса Person создаются два объекта класса Person - tom и bob. Для создания объекта применяется специальная функция - конструктор , которая называется по имени класса и которая возвращает объект класса. То есть в данном случае вызов Person() представляет вызов конструктора. Каждый класс по умолчанию имеет конструктор без параметров:

tom = Person() # Person() - вызов конструктора, который возвращает объект класса Person

Методы классов

Методы класса фактически представляют функции, которые определенны внутри класса и которые определяют его поведение. Например, определим класс Person с одним методом:

class Person: # определение класса Person def say_hello(self): print("Hello") tom = Person() tom.say_hello() # Hello

Здесь определен метод say_hello() , который условно выполняет приветствие - выводит строку на консоль. При определении методов любого класса следует учитывать, что все они должны принимать в качестве первого параметра ссылку на текущий объект, который согласно условностям называется self . Через эту ссылку внутри класса мы можем обратиться к функциональности текущего объекта. Но при самом вызове метода этот параметр не учитывается.

Используя имя объекта, мы можем обратиться к его методам. Для обращения к методам применяется нотация точки - после имени объекта ставится точка и после нее идет вызов метода:

объект.метод([параметры метода])

Например, обращение к методу say_hello() для вывода приветствия на консоль:

tom.say_hello() # Hello

В итоге данная программа выведет на консоль строку "Hello".

Если метод должен принимать другие параметры, то они определяются после параметра self , и при вызове подобного метода для них необходимо передать значения:

class Person: # определение класса Person def say(self, message): # метод print(message) tom = Person() tom.say("Hello METANIT.COM") # Hello METANIT.COM

Здесь определен метод say() . Он принимает два параметра: self и message. И для второго параметра - message при вызове метода необходимо передать значение.

self

Через ключевое слово self можно обращаться внутри класса к функциональности текущего объекта:

self.атрибут # обращение к атрибуту self.метод # обращение к методу

Например, определим два метода в классе Person:

class Person: def say(self, message): print(message) def say_hello(self): self.say("Hello work") # обращаемся к выше определенному методу say tom = Person() tom.say_hello() # Hello work

Здесь в одном методе - say_hello() вызывается другой метод - say() :

self.say("Hello work")

Поскольку метод say() принимает кроме self еще параметры (параметр message), то при вызове метода для этого параметра передается значение.

Причем при вызове метода объекта нам обязательно необходимо использовать слово self , если мы его не используем:

def say_hello(self): say("Hello work") # ! Ошибка

То мы столкнемся с ошибкой

Конструкторы

Для создания объекта класса используется конструктор. Так, выше когда мы создавали объекты класса Person, мы использовали конструктор по умолчанию, который не принимает параметров и который неявно имеют все классы:

tom = Person()

Однако мы можем явным образом определить в классах конструктор с помощью специального метода, который называется __init__() (по два прочерка с каждой стороны). К примеру, изменим класс Person, добавив в него конструктор:

class Person: # конструктор def __init__(self): print("Создание объекта Person") def say_hello(self): print("Hello") tom = Person() # Создание объекта Person tom.say_hello() # Hello

Итак, здесь в коде класса Person определен конструктор и метод say_hello() . В качестве первого параметра конструктор, как и методы, также принимает ссылку на текущий объект - self. Обычно конструкторы применяются для определения действий, которые должны производиться при создании объекта.

Теперь при создании объекта:

tom = Person()

выполняется вызов конструктора __init__() из класса Person, который выведет на консоль строку "Создание объекта Person".

Атрибуты объекта

Атрибуты хранят состояние объекта. Для определения и установки атрибутов внутри класса можно применять слово self . Например, определим следующий класс Person:

class Person: def __init__(self, name): self.name = name # имя человека self.age = 1 # возраст человека tom = Person("Tom") # обращение к атрибутам # получение значений print(tom.name) # Tom print(tom.age) # 1 # изменение значения tom.age = 37 print(tom.age) # 37

Теперь конструктор класса Person принимает еще один параметр - name. Через этот параметр в конструктор будет передаваться имя создаваемого человека.

Внутри конструктора устанавливаются два атрибута - name и age (условно имя и возраст человека):

def __init__(self, name): self.name = name self.age = 1

Атрибуту self.name присваивается значение переменной name. Атрибут age получает значение 1.

Если мы определили в классе конструктор __init__, мы уже не сможем вызвать конструктор по умолчанию. Теперь нам надо вызывать наш явным образом опреледеленный конструктор __init__, в который необходимо передать значение для параметра name:

tom = Person("Tom")

Далее по имени объекта мы можем обращаться к атрибутам объекта - получать и изменять их значения:

print(tom.name) # получение значения атрибута name tom.age = 37 # изменение значения атрибута age

В принципе нам необязательно определять атрибуты внутри класса - Python позволяет сделать это динамически вне кода:

class Person: def __init__(self, name): self.name = name # имя человека self.age = 1 # возраст человека tom = Person("Tom") tom.company = "Microsoft" print(tom.company) # Microsoft

Здесь динамически устанавливается атрибут company, который хранит место работы человека. И после установки мы также можем получить его значение. В то же время подобное определение чревато ошибками. Например, если мы попытаемся обратиться к атрибуту до его определения, то программа сгенерирует ошибку:

tom = Person("Tom") print(tom.company) # ! Ошибка - AttributeError: Person object has no attribute company

Для обращения к атрибутам объекта внутри класса в его методах также применяется слово self:

class Person: def __init__(self, name): self.name = name # имя человека self.age = 1 # возраст человека def display_info(self): print(f"Name: Age: ") tom = Person("Tom") tom.display_info() # Name: Tom Age: 1

Здесь определяется метод display_info(), который выводит информацию на консоль. И для обращения в методе к атрибутам объекта применяется слово self: self.name и self.age

Создание объектов

Выше создавался один объект. Но подобным образом можно создавать и другие объекты класса:

class Person: def __init__(self, name): self.name = name # имя человека self.age = 1 # возраст человека def display_info(self): print(f"Name: Age: ") tom = Person("Tom") tom.age = 37 tom.display_info() # Name: Tom Age: 37 bob = Person("Bob") bob.age = 41 bob.display_info() # Name: Bob Age: 41

Здесь создаются два объекта класса Person: tom и bob. Они соответствуют определению класса Person, имеют одинаковый набор атрибутов и методов, однако их состояние будет отличаться.

При выполнении программы Python динамически будет определять self - он представляет объект, у которого вызывается метод. Например, в строке:

tom.display_info() # Name: Tom Age: 37

Это будет объект tom

bob.display_info()

Это будет объект bob

В итоге мы получим следующий консольный вывод:

Name: Tom Age: 37 Name: Bob Age: 41

Что такое метод класса в Python и зачем нужен

Альтернативный конструктор (несколько конструкторов) класса в Python

Сразу начнем с примера простого класса, который содержит обычный метод и метод класса:

class MyClass: def method(self): return 'instance method called', self @classmethod def classmethod(cls): return 'class method called', cls 

Как работают методы класса в Python?

В Python, методы класса отмечаются декоратором @classmethod , следовательно в приведенном выше примере, метод класса будет определен в функции classmethod() .

Как можно заметить, метод класса вместо того, чтобы принимать аргумент self , принимает аргумент cls . При вызове метода этот аргумент указывает на сам класс, а не на экземпляр класса.

Поскольку метод класса имеет доступ только к аргументу cls , он не может изменять состояние экземпляра объекта. Для этого потребуется доступ к аргументу self . НО все же методы класса могут изменять состояние класса, которое применяется ко всем экземплярам класса.

MyClass() настроен таким образом, что реализация каждого метода возвращает кортеж для отслеживания, что происходит, и к каким частям класса или объекта метод может получить доступ.

Вот что происходит, когда мы вызываем метод экземпляра:

>>> obj = MyClass() >>> obj.method() # ('instance method called', ) # Можно передать объект `obj` экземпляра вручную, # для получения того же результата >>> MyClass.method(obj) # ('instance method called', ) 

Этот кусок кода подтвердил, что метод экземпляра класса имеет доступ к экземпляру объекта, напечатанному как через аргумент self .

Кстати, методы экземпляра также могут получить доступ к самому классу через атрибут self.__class__ . Это делает методы экземпляра мощными с точки зрения ограничений доступа - они могут изменять состояние как экземпляра объекта, так и самого класса.

Попробуем вызвать метод класса:

>>> obj.classmethod() # ('class method called', ) 

Вызов метода класса obj.classmethod() показал, что он не имеет доступа к объекту , а только к объекту , представляющему сам класс (в Python все является объектом, даже сами классы).

Обратите внимание, как Python автоматически передает класс в качестве первого аргумента функции, когда вызывается MyClass.classmethod() . Вызов метода в Python через точечную нотацию запускает это поведение. Параметр self в методах экземпляра работает точно так же.

Теперь посмотрим, что происходит, когда попытаться вызвать эти методы в самом классе - без предварительного создания экземпляра объекта:

>>> MyClass.classmethod() # ('class method called', ) >>> MyClass.method() # Traceback (most recent call last): # File "", line 1, in # TypeError: method() missing 1 required positional argument: 'self' 

Из примера видно, что можно нормально вызвать метод класса MyClass.classmethod() , но попытка вызвать метод экземпляра MyClass.method() завершилась ошибкой TypeError . Этого следовало ожидать, ведь экземпляр объекта не создан, что означает, что Python не может заполнить аргумент self и следовательно, вызов не выполняется.

Для чего нужны методы класса в Python?

Следующие примеры кода должны сделать понимание метода класса более ясным. Далее рассмотрим пример класса, имеющего дело с информацией о дате (это будет шаблон):

class Date: def __init__(self, day=0, month=0, year=0): self.day = day self.month = month self.year = year def string_to_db(self): return f'self.year>-self.month>-self.day>' 

Этот класс, очевидно, можно использовать для хранения информации об определенных датах, без информации о часовом поясе (предположим, что все даты представлены в формате UTC).

Здесь есть конструктор __init__ , типичный инициализатор экземпляров классов Python, который получает аргументы как типичный метод экземпляра, имея первый необязательный аргумент self , который содержит ссылку на вновь созданный экземпляр.

Например есть несколько задач, которые можно решить при помощи будущих методов этого класса, не только определенного для примера метода, банального перевода числовых значений в формат строки с датой для баз данных.

Предположим, что мы хотим создать много экземпляров класса Date() с информацией о дате, поступающей из внешнего источника, в виде строки с форматом dd.mm.yyyy . Предположим, нужно сделать это в разных местах исходного кода проекта.

Итак, что для этого необходимо сделать:

• Выполнить синтаксический анализ строки, получить день, месяц и год как три целочисленные переменные или кортеж из трех элементов, включающий эти переменные.
• Создать экземпляр Date , передав эти значения в конструктор класса при его создании.

Это будет выглядеть так:

>>> string_date = '10.10.2020' >>> day, month, year = map(int, string_date.split('.')) >>> date = Date(day, month, year) >>> date.string_to_db() # '2020-10-10' 

Для выполнения этой задачи, например C++ или Java может реализовать такую ​​возможность с перегрузкой метода __init__ , но в Python перегрузка методов отсутствует. Вместо нее необходимо использовать метод класса (декоратор @classmethod).

Создадим еще один "конструктор".

class Date(object): def __init__(self, day=0, month=0, year=0): self.day = day self.month = month self.year = year @classmethod def from_string(cls, date_as_string): day, month, year = map(int, date_as_string.split('.')) date1 = cls(day, month, year) return date1 def string_to_db(self): return f'self.year>-self.month>-self.day>' 

Более подробно о перегрузке смотрите в материале "Перегрузка методов в Python".

Обратите внимание, как используется аргумент cls в методе класса from_string() вместо прямого вызова конструктора класса Date() .

Теперь создать новый экземпляр Date , так же, можно следующим образом:

>>> date1 = Date.from_string('30.12.2020') >>> date1.string_to_db() # '2020-12-30' >>> date2 = Date.from_string('01.01.2021') >>> date2.string_to_db() # '2021-1-1' 

Рассмотрим приведенную выше реализацию чтобы понять, какие преимущества здесь есть:

• Реализован синтаксический анализ строки даты в одном месте, и теперь его можно использовать повторно.
• Инкапсуляция здесь отлично работает. Если вы думаете, что можете реализовать синтаксический анализ строк как единственную функцию в другом месте, это решение намного лучше соответствует парадигме ООП.
• cls - это объект, который содержит сам класс, а не его экземпляр. Это довольно круто, потому что, если мы наследуем класс Date , для всех дочерних элементов также будет определен метод класса from_string() .

Используя методы класса, можно добавить столько альтернативных конструкторов, сколько необходимо. Такое поведение может сделать интерфейс создаваемых классов самодокументированным (до определенной степени конечно) и упростить их использование.

• ОБЗОРНАЯ СТРАНИЦА РАЗДЕЛА
• Пространство имен и область видимости в классах
• Определение классов
• Объект класса и конструктор класса
• Создание экземпляра класса
• Метод экземпляра класса
• Что такое метод класса и зачем нужен
• Что такое статический метод в классах Python и зачем нужен
• Атрибуты класса и переменные экземпляра класса
• Кэширование методов экземпляра декоратором lru_cache
• Закрытые/приватные методы и переменные класса Python
• Наследование классов
• Множественное наследование классов
• Абстрактные классы
• Перегрузка методов в классе Python
• Что такое миксины и как их использовать
• Класс Python как структура данных, подобная языку C
• Создание пользовательских типов данных
• Специальные (магические) методы класса Python
• Базовая настройка классов Python магическими методами
• Настройка доступа к атрибутам класса Python
• Дескриптор класса для чайников
• Протокол дескриптора класса
• Практический пример дескриптора
• Использование метода .__new__() в классах Python
• Специальный атрибут __slots__ класса Python
• Специальный метод __init_subclass__ класса Python
• Определение метаклассов metaclass
• Эмуляция контейнерных типов в классах Python
• Другие специальные методы класса
• Как Python ищет специальные методы в классах
• Шаблон проектирования Фабрика и его реализация