【レッスン5-01】クラス入門｜initとインスタンスの基本を解説｜Python教材

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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クラスとは？｜オブジェクト指向を始める第一歩

ここからクラスの説明に入ります。

ページ下部にはこのページで出てくる用語の意味をまとめた 用語集 もありますので、分からない言葉が出てきたらそちらも参考にしてください。

Pythonにおける「クラス」はオブジェクト指向プログラミングの中心となる基本概念です。

クラスとは、関連する データと機能（動作）を書いた設計図 のような役割を果たすものです。

これをうまく使うことで複雑なプログラムを整理し、再利用可能なコードを作成することができます。

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。

classキーワードによるクラスの定義方法

クラスを定義するにはclassキーワードを使います。以下が基本的なクラス定義の例です。

class Animal:        # Animalという名前のクラスを定義
    def speak(self): # メソッド（クラスの中で定義される関数）の定義
        return "The animal makes a sound" # メソッドの戻り値

このコードではAnimalというクラスを定義しています。

クラス内にあるdef speak(self)は、このクラスが持つ「機能」を定義しており、メソッド と呼ばれます。

すなわちこのコードは、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。

ただし、上述の通りクラスはあくまでも設計図であり、クラスそのものは動作しません。下記のインスタンス生成の章に進んでください。

インスタンス（オブジェクト）の生成

クラスを定義した後、次に行うのはそのクラスから「インスタンス（オブジェクト）」を作成することです。

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。

以下の例ではAnimalクラスのインスタンスを作成し、そのメソッドを呼び出しています。

# Animalクラスを作成
class Animal:        # Animalという名前のクラスを定義
    def speak(self): # speakという名前のメソッド（クラスの中で定義される関数）を定義
        return "The animal makes a sound"

# Animalクラスのインスタンスを生成
my_animal = Animal()      # Animalクラスをインスタンス生成し、変数my_animalに代入
print(my_animal.speak())  # 変数my_animal（ｲﾝｽﾀﾝｽ）のspeakメソッドを実行して、printで出力
						  # 出力: The animal makes a sound

7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。

すなわちAnimalクラスからmy_animalというインスタンスを作成し、その中のspeakメソッドを呼び出して使用しています。

なお、メソッドを使う際には上記のようにリストの変数名の後に「ドット（.）」を付け、その後にメソッド名を書きます。

クラスとインスタンスの使用例

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。

コンストラクタによる初期化処理の設定

クラスを定義するときに、インスタンスが作成される際に特定の初期化処理を行うことができます。

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が作成されるとき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をインスタンス変数self.nameに格納する
    
    def speak(self):		  # speakメソッドを定義
        speak = "Nyaa"		  # ローカル変数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_cat = Cat("Tama")   # Tamaを引数としてCatクラスのインスタンス生成
print(my_cat.speak())  # 出力: Tama 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。

つまりインスタンスmy_cat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

クラスはデータと動作をひとまとめにした設計図の役割を果たし、複雑なプログラムを整理して作成するのに役立ちます。

また、コンストラクタを使うことでインスタンス作成時に初期化処理を行い、個別のデータを設定することができます。

次回の記事ではクラス内で定義される「メソッド」についてもう少し詳しく解説し、メソッドの定義方法や使い方を学びます。

クラスの概念が理解できたら、ぜひメソッドについても学び進めましょう。

練習問題：クラスとインスタンスの使い方を学ぼう

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。

問題の詳細条件

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。

問題の答え合わせと解説

この問題の一つの正解例とそのコードの解説を以下に示します。

一つの正解例

例えば以下のようなプログラムが考えられます。

正解例の詳細解説

正解コードの解説をブロックごとに書いていきます。

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Python用語集｜クラス編

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。

FAQ｜Pythonクラスの基本