Wstęp do obiektowości - Klasy i dziedziczenie¶
Klasy¶
Wprowadzenie¶
Dotychczas koncentrowaliśmy się na zmienych oraz funkcjach. Stwórzmy funkcję, która wypisze podstawowe informacje o startującym samochodzie.
s1_kolor = 'czerwony'
s1_marka = 'fiat'
s2_kolor = 'czarny'
s2_marka = 'bmw'
def run(kolor, marka):
print("Startuje", kolor, marka)
run(s1_kolor, s1_marka)
run(s2_kolor, s2_marka)
Jakie problemy możemy dostrzec w przytoczonym kodzie źródłowym?
Możliwa błędna kolejność podanych argumentów w funkcji run.
“Zmieszanie” dwóch różnych samochodów (np. kolor z s1, marka z s2).
Podanie dwa razy tych samych argumentów (np. marka zamiast koloru).
Główny problem: Poszczególne zmienne określające dany samochód nie są ze sobą w żaden sposób powiązane.
Definicja Klasy¶
Korzystając z klas możemy powiązać poszczególne zmienne ze sobą.
Definicja klasy (klasa) określa zachowanie i stan obiektu.
Na podstawie definicji klasy tworzone są konkretne obiekty - instancje klasy.
class Samochod:
pass
def run(sam):
print("Startuje", sam.kolor, sam.marka)
s1 = Samochod()
s1.kolor = 'czerwony'
s1.marka = 'fiat'
run(s1)
Metody klasy¶
Co możemy poprawić w omawianym przykładzie?
Warto napisać dodatkową funkcję, która jako parametr będzie przyjmowała obiekt samochodu oraz atrybuty, które należy ustawić w przekazanym obiekcie. Stosując takie rozwiązanie nie pominiemy żadnego z atrybutów.
class Samochod:
pass
def run(sam):
print("Startuje", sam.kolor, sam.marka)
def init(sam, kolor, marka):
sam.kolor = kolor
sam.marka = marka
s1 = Samochod()
init(s1, 'czerwony', 'fiat')
run(s1)
Nowa funkcja init() ustawia odpowiednie zmienne w konkretnym obiekcie samochodu.
Powiązaliśmy ze sobą zmienne, czy to samo możemy zrobić z funkcjami? Co się stanie jeśli wywołamy którąś z funkcji na obiekcie innej klasy niż samochód?
Funkcje związane z daną klasą możemy umieścić w jej definicji.
class Samochod:
def run(self):
print("Startuje", self.kolor, self.marka)
def init(sam, kolor, marka):
sam.kolor = kolor
sam.marka = marka
s1 = Samochod()
init(s1, 'czerwony', 'fiat')
s1.run() # --- wcześniej ---> run(s1)
Zwróćmy uwagę, że jedyny parametr funkcji zmienił swoją nazwę z ‘sam’ na ‘self’, wskazuje on instancję klasy.
Nazwa tego parametru jest dowolna, jednak PEP 8 zaleca stosowanie nazwy ‘self’.
Zmienił się także sposób wywołania funkcji run(). Pierwszy parametr funkcji znajduje się teraz z lewej strony.
Również funkcję __init__() możemy umieścić w definicji klasy. Funkcję taką nazywamy konstruktorem lub po prostu funkcją init. Ustawia ona początkowy stan obiektu.
class Samochod:
def __init__(self, kolor, marka):
self.kolor = kolor
self.marka = marka
def run(self):
print("Startuje", self.kolor, self.marka)
s1 = Samochod("czerwony", "fiat")
s1.run()
Również w przypadku tej funkcji zmieniła się nazwa pierwszego parametru i sposób jej wywołania.
Dziedziczenie¶
Wprowadzenie¶
Zmodyfikujmy lekko nasz przykład. Uwzględnijmy poziom paliwa, jakim dysponuje samochód i uzależnijmy od tego jego start.
Dla samochodu benzynowego stwórzmy klasę SamochodBenzyna.
class SamochodBenzyna:
def __init__(self, kolor, marka, benzyna):
self.kolor = kolor
self.marka = marka
self.benzyna = benzyna
def run(self):
if self.czy_mozna_wystartowac():
print("Startuje",
self.kolor, self.marka)
def czy_mozna_wystartowac(self):
return self.benzyna > 10
Podobnie sytuacja będzie wyglądała dla samochodu na gaz. Stwórzmy klasę SamochodLPG z odpowiednimi polami, czyli zmiennymi klasy.
class SamochodLPG:
def __init__(self, kolor, marka, lpg):
self.kolor = kolor
self.marka = marka
self.lpg = lpg
def run(self):
if self.czy_mozna_wystartowac():
print("Startuje",
self.kolor, self.marka)
def czy_mozna_wystartowac(self):
return self.lpg > 20
Czy możemy zrobić to lepiej?
Hierarchia klas¶
Pomysł:
Stwórzmy jedną ogólną definicję klasy samochód - uniwersalną dla każdego samochodu. Ogólna wersja nie zawiera pól i metod odpowiedzialnych za poziom paliwa.
class Samochod: # klasa nadrzędna/bazowa
def __init__(self, kolor, marka):
self.kolor = kolor
self.marka = marka
def run(self):
if self.czy_mozna_wystartowac():
print("Startuje",
self.kolor, self.marka)
Na podstawie klasy Samochod stwórzmy klasę SamochodBenzyna przeznaczoną dla samochodów benzynowych.
Klasa ta będzie zawierała wszystkie pola i metody klasy Samochód. Mechanizm ten nazywamy dziedziczeniem.
Klasę po której dziedziczymy nazywamy klasą bazową, nowo tworzoną klasę nazywamy klasą pochodną.
class SamochodBenzyna(Samochod): # klasa pochodna; Samochod - klasa po której dziedziczymy (bazowa)
pass
s1 = SamochodBenzyna('czerwony', 'fiat')
Obiekt utworzony na podstawie klasy SamochodBenzyna nie jest w pełni funkcjonalny. Zawiera on co prawda metodę run(), jednak nigdzie nie została zdefiniowana metoda czy_mozna_wystartowac(). Próba wywołania metody run() spowoduje błąd wykonania.
class SamochodBenzyna(Samochod):
pass
s1 = SamochodBenzyna('czerwony', 'fiat')
s1.run() # BŁĄD! brak metody czy_mozna_wystartowac
Uzupełnijmy definicję klasy SamochodBenzyna o potrzebne pola i metody. Tworzymy nowy konstruktor (funkcję __init__()) uwzględniający pole benzyna, a także nową funkcję czy_można_wystartować().
class SamochodBenzyna(Samochod):
def __init__(self, kolor, marka, benzyna):
self.kolor = kolor
self.marka = marka
self.benzyna = benzyna
def czy_mozna_wystartowac(self):
return self.benzyna > 10
s1 = SamochodBenzyna('czerwony', 'fiat', 15)
s1.run()
Co można zrobić lepiej?
Zasada DRY - Don’t Repeat Yourself!
Istniał już konstruktor, który potrafił ustawić pola kolor oraz marka.
Zamiast na nowo pisać kolejne instrukcje przypisania skorzystajmy z konstruktora dostępnego w klasie Samochod, zrobimy to przy pomocy funkcji super().
class SamochodBenzyna(Samochod):
def __init__(self, kolor, marka, benzyna):
super().__init__(kolor, marka)
self.benzyna = benzyna
def czy_mozna_wystartowac(self):
return self.benzyna > 10
s1 = SamochodBenzyna('czerwony', 'fiat', 15)
s1.run()
Widoczność atrybutów¶
Tworząc klasy musimy zadbać o widoczność pól i metod. Nie zawsze chcemy, by każde pole było dostępne do użytku poza metodami danej klasy. Zachowanie to nazywamy hermetyzacją lub inaczej enkapsulacją.
Pole prywatne - dostępne tylko dla metod danej klasy, tworzymy poprzez dodanie znaku podkreślenia na początku nazwy.
class Samochod:
def __init__(self, kolor, marka):
self.kolor = kolor # pole publiczne
self.marka = marka
def run(self):
if self._czy_mozna_wystartowac(): # wywołanie metody prywatnej
print("Startuje",
self.kolor, self.marka)
Pola prywatne utworzone za pomocą jednego znaku podkreślenia są prywatne w rozumieniu umowy między programistami, określa to dokument PEP 8.
Interpreter nie weryfikuje dostępu do pola/metody.
class SamochodBenzyna(Samochod):
def __init__(self, kolor, marka, benzyna):
super().__init__(kolor, marka)
self._benzyna = benzyna # pole prywatne
def _czy_mozna_wystartowac(self):
return self._benzyna > 10
s1 = SamochodBenzyna('czerwony', 'fiat', 15)
s1.run()
Pola/metody prywatne można również utworzyć za pomocą podwójnego znaku podkreślenia. W takim przypadku interpreter weryfikuje dostęp i powiadamia o błędzie. Do takich pól/metod nie można odwołać się w klasie nadrzędnej (bazowej) i pochodnej.
Nazwy zaczynające się i kończące się dwoma znakami podkreślenia są funkcjami o specjalnym przeznaczeniu (przykład: funkcja __init__()).
Atrybuty statyczne¶
W definicji klasy możemy również umieścić pola i metody statyczne. Pole statyczne przyjmuje jedną wartość dla wszystkich instancji danej klasy. Pola/metody statyczne nie muszą byćwywoływane na konkretnym obiekcie danej klasy.
class Samochod:
stala_mph_kph = 1.6093 # pole statyczne
# ...
@staticmethod
def zamienMphNaKph(mile): # funkcja statyczna
return mile * Samochod.stala_mph_kph
kph = Samochod.zamienMphNaKph(1)
print('kph =', kph)