【Python】レッスン5-01：クラスの基本を理解しよう

Lesson4ではPythonのデータ構造について学習してきました。

今回からオブジェクト指向編に入ります。このページはその入り口、クラスの基本について見ていきましょう。

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クラスの役割と基本操作｜生成から初期化まで

本格的なアプリケーションやツールを作りたいと考えたとき、避けて通れないのが「クラス」の理解です。

クラスは複雑なデータや処理をひとまとまりにして整理できる機能で、Pythonのオブジェクト指向プログラミングを支える重要な仕組みです。

この知識を身につけることで、自分で設計した型（＝クラス）を使って、現実世界の概念をプログラムの中で自由に表現できるようになります。

クラスをまだ使ったことがない方でも、順を追って学べば必ず理解できます。この記事を通して、Pythonの可能性をさらに広げる第一歩を踏み出してみましょう。

下の図は、Lesson5で学習するオブジェクト指向の内容を全てまとめたものです。

右側のメインプログラムの部分が、これまであなたが学習してきたコードの概念図になります。コードは上から順に実行され、多数の処理や変数などが含まれています。

今回は、右上の「子クラス1 ⇒ インスタンス生成 ⇒ 変数」の部分だけを学習していきます。

クラスとは何か｜基本構文と定義する例

クラス はオブジェクト指向プログラミングにおいて「設計図」の役割を果たします。クラスそのものは何も仕事はしません。

クラスの中にはデータ（変数）と処理（メソッド ≒ 関数）が含まれます。

Pythonでクラスを定義する際には classキーワード を使用します。基本的なクラス定義の構文は以下の通りです。

class クラス名:				 # Animalという名前のクラスを定義
  	変数					   # 変数の定義
    def メソッド名(self):	# メソッド（クラスの中で定義される関数）の定義
        # このメソッドの処理内容

例えば、speakという機能（メソッド）を持つAnimalというクラスを定義する例を見てみましょう。

class Animal:			# Animalという名前のクラスを定義
    name = "Pochi"		# 変数nameを定義
    def speak(self):	# speakという名前のメソッドを定義
        return "The animal makes a sound"	# メソッドの戻り値

このコードは、Animalというクラスの中にspeakメソッドを定義しており、それを実行すると「The animal makes a sound」という文字列を返すコードです。

また、クラスの中に定義された変数やメソッドを、Pythonでは 属性 と呼びます。

また、メソッドの引数「self」についてはこの記事の後半で解説しますが、メソッドの引数には必ずselfが入ると覚えましょう。

インスタンスとは何か｜生成方法と基本的な使い方

クラスを定義することができました。しかし、上述の通りクラスとはあくまでも設計図であり、それ自体は何も動作しません。

クラスを使用するには、そのクラスを使って実際に動作する「インスタンス（オブジェクト）」を作成する必要があります。

インスタンスとはクラスの実体であり、具体的なデータや動作を持ちます。

インスタンスは、定義されたクラス名に丸括弧 () を付けて記述することで生成され、変数に代入して使用されます。

そして生成されたインスタンスは「.（ドット演算子）」を使用することで、その中の変数やメソッドにアクセスすることができます。

以下のコードは Animalクラスのインスタンスを作成し、使用する例です。

# クラス定義
class Animal:			# Animalという名前のクラスを定義
    name = "Pochi"		# 変数nameを定義
    def speak(self):	# speakという名前のメソッドを定義
        return "The animal makes a sound"

# インスタンス生成
my_animal = Animal()	# Animalクラスをインスタンス生成し、変数my_animalに代入
						# これにより、変数my_animalはAnimalクラスの実体（オブジェクト）となる

print(my_animal.name)		# 変数my_animalの中の変数nameをprintで出力
print(my_animal.speak())	# 変数my_animalの中のspeakメソッドを実行して、printで出力

8行目でAnimalという設計図からmy_animalというインスタンス（Animalと同じ構造のmy_animal）が作られています。

このコードを実行すると、以下のように出力されます。

Pochi
The animal makes a sound

特に、メッセージを表示する命令が1行書くだけで実現できている点に着目しましょう。

実はこれまでに使用してきた様々な便利関数・メソッドたちも、このように事前に定義された命令文を呼び出して使用しています。

これがクラスとインスタンスを使用した基本的な方法です。

クラスとインスタンスの使用コード例

次にもう少し実用的な例を見てみましょう。

ここではDogというクラスを定義し、その中に「吠える（speak）」と「走る（run）」という2つのメソッドを追加しています。

class Dog:				# Dogクラスを定義
    def speak(self):	# speakメソッドを定義
        return "Woof!"
    def run(self):		# runメソッドを定義
        return "The dog is running"
    
my_dog = Dog()			# Dogクラスのインスタンスを生成
print(my_dog.speak())	# my_dogインスタンスのspeakメソッドを実行。出力: Woof!
print(my_dog.run())		# my_dogインスタンスのrunメソッドを実行。出力: The dog is running

Dogクラスにはrunとspeakという2つのメソッドがあります。

これらのメソッドは、my_dogというインスタンスに関連して呼び出され、異なる動作を行います。

このようにクラスに複数のメソッドを定義することで、1つのインスタンスに複数の動作を持たせることができます。

コンストラクタとは｜__init__で初期化する仕組み

クラスを定義するときに、そのクラスがインスタンスが作成される際の初期化処理を設定することができます。

この初期化処理を行う部分を コンストラクタ と呼び、__init__メソッド を使用して作成します。

コンストラクタはインスタンス生成時に自動的に呼び出され、初期設定を行います。

例えば、下記のコードのCatクラスではインスタンスごとに異なる名前を与えるためにコンストラクタを使います。

class Cat:						# Catクラスを定義
    def __init__(self, name):	# 引数nameを受け取るコンストラクタ（インスタンス初期化メソッド）を定義
        self.name = name		# 渡された引数nameを変数self.nameに格納する

    def speak(self):			# speakメソッドを定義
        speak = "Nyaa"			# 変数speakの定義
        return f"{self.name} says {speak}"	# 変数self.nameを使用して出力

# Catクラスのインスタンスを生成
my_cat1 = Cat("Tama")	# Tamaを引数としてCatクラスのインスタンス生成
my_cat2 = Cat("Mike")	# Mikeを引数としてCatクラスのインスタンス生成
print(my_cat1.speak())	# 出力: Tama says Nyaa
print(my_cat2.speak())	# 出力: Mike says Nyaa

この例では、__init__メソッドがnameという属性を初期化しています。

インスタンスmy_cat1が作成されたとき、「Tama」という名前が設定され、その名前を使ってメソッドspeakが実行されています。

__init__メソッドを使うことで、クラスが持つデータをインスタンスごとに柔軟に設定することができます。

まとめ｜クラス・インスタンス・コンストラクタの第一歩

クラスの基本を学ぶことで、Pythonが単なる手続き型のスクリプト言語ではなく、「オブジェクト指向型プログラミング」の力を持っていることを実感できたかと思います。

これにより、今後より複雑なプログラムを、構造的かつ再利用可能な形で設計する基礎が築かれたことになります。

自分だけの設計図（＝クラス）を使いこなす感覚は、プログラミングの楽しさをぐっと引き上げてくれます。

次のステップでもこの力が確実に活かされます。焦らず、自信を持って進んでいきましょう。

練習問題：クラスとインスタンスを使ってみよう

この記事で学習した「クラスとインスタンス」を復習する練習問題に挑戦しましょう。

問題｜ネコとイヌのインスタンスを生成しよう

クラスとインスタンスの仕組みを学ぶために、動物が自己紹介をするプログラムを作成してください。

プログラムでは、動物の名前を設定し、自己紹介を行うメソッドを持つ「Animal」クラスを定義します。

その後、「ネコ」や「イヌ」といった具体的な動物のインスタンスを作成し、それぞれが自己紹介を行います。

以下の要件に従ってコードを完成させてください。

ただし、以下のような実行結果となるコードを書くこと。

こんにちは！私はネコです。
こんにちは！私はイヌです。

ヒント｜難しいと感じる人だけ見よう

１からコードを組み立てることが難しい場合は、以下のヒントを開いて参考にしましょう。

このヒントを見てもまだ回答を導き出すのが難しいと感じる場合は、先に正解のコードと解説を見て内容を理解するようにしましょう。

解答例｜動物の自己紹介プログラム

例えば以下のようなプログラムが考えられます。

解答例の解説｜動物の自己紹介プログラムの考え方

解答例の詳細解説は以下の通りです。

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クラスの基本の疑問解消｜FAQと用語のまとめ

初心者がつまずきやすいポイントをFAQとしてまとめ、またよく使う専門用語をわかりやすく整理しました。

理解を深めたいときや、ふと疑問に感じたときに役立ててください。

FAQ｜クラスの基本に関するよくある質問

Python用語集｜クラスの基本に関する用語一覧

今回の記事で出てきた用語・関数などを一覧で紹介します。

このサイトに出てくる 全てのPython用語をまとめた用語集 も活用してください。