【必読】Pythonのオブジェクト指向を理解しよう

（最終更新月：2023年7月）

✔当記事は以下のような方に向けて書かれています

「Pythonのオブジェクト指向について知りたい」

「Pythonでオブジェクト指向を利用したプログラミングをしたい」

「Pythonのオブジェクト指向を用いたコードの実例を見たい」

✔当記事で得られる知識

Pythonでのオブジェクト指向の基本概念
オブジェクト指向を利用したプログラミングの方法
Pythonのオブジェクト指向を活用したコードの例示

当記事では、Pythonにおけるオブジェクト指向の基本から応用方法に至るまで、その具体例を挙げて詳細に説明しています。

Pythonでオブジェクト指向プログラミングを始めるあなたの一助となること、間違いありません。

最後までお読みください。

筆者プロフィール

【現職】プロダクトマネージャー

【副業】ブログ（月間20万PV）/YouTube/Web・アプリ制作

「プログラミング × ライティング × 営業」の経験を活かし、30後半からのIT系職へシフト。現在はプロダクトマネージャーとして、さまざまな関係者の間に入り奮闘してます。当サイトでは、実際に手を動かせるWebアプリの開発を通じて、プログラミングはもちろん、IT職に必要な情報を提供していきます。

【当ブログで紹介しているサイト】

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はじめに

こちらでは、オブジェクト指向とPythonの関連性、そしてその重要性について説明していきます。

オブジェクト指向とは？
オブジェクト指向とPythonの関係
オブジェクト指向の重要性

オブジェクト指向とは？

オブジェクト指向とは、現実世界を模倣するように設計されたプログラミングの手法です。

現実世界のオブジェクトが、属性（色、形、大きさなど）と振る舞い（移動、変形、分解など）を持っているのと同じように、オブジェクト指向プログラミングではデータとメソッド（関数）を持つオブジェクトを作り出します。

この考え方は、プログラムをより人間の理解しやすい形にまとめ、再利用性、モジュール性、維持管理の容易さを高められます。

オブジェクト指向とPythonの関係

Pythonはオブジェクト指向プログラミング言語のひとつであり、クラスとオブジェクトを作成して利用できます。

Pythonでは、数値や文字列、リストなどすべてのものがオブジェクトです。

これにより、Pythonのプログラムは簡潔で読みやすく、また柔軟性が高いという特徴があります。

オブジェクト指向の重要性

オブジェクト指向は、プログラミングの複雑性を管理するための重要なツールです。

オブジェクト指向の手法を利用することで、プログラムを分割し再利用可能な部品（クラスやオブジェクト）にまとめられます。

大規模なプログラムでも各部品を個別に設計、テスト、修正することが可能になり、結果として効率的なプログラムの開発と保守が可能になるのです。

Pythonとオブジェクト指向の基本理解

こちらでは、Pythonとオブジェクト指向の基本的な理解を深めるための情報を提供します。

Pythonの基本的な特性
クラスとオブジェクトの理解
クラスの利点と活用法

Pythonの基本的な特性

Pythonは、その視覚的な整理と、初学者にとって扱いやすい文法から、多くのプログラマーや学習者に支持されています。

Pythonがシンプルさと可読性を重視する設計哲学に基づいて作られた言語であるからです。

また、Pythonは「バッテリー内蔵」とも形容され、標準ライブラリが非常に充実しており、多くの機能がすぐに利用可能です。

クラスとオブジェクトの理解

オブジェクト指向プログラミングでは、「クラス」と「オブジェクト」が中心的な役割を果たします。

クラスは、オブジェクトの設計図のようなもので、オブジェクトの持つべき属性とメソッドを定義します。

一方、オブジェクトはクラスに基づいて作成され、実際のプログラムで操作されるインスタンスです。

class Dog:
    # 初期化メソッド (コンストラクタ)
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    # 吠えるメソッド
    def bark(self):
        print(f"{self.name}が吠えました！ワンワン！")

# Dogクラスを使ってオブジェクトを作成
dog1 = Dog("ポチ", 3)
dog2 = Dog("ハチ公", 5)

# オブジェクトの属性にアクセス
print(f"{dog1.name}の年齢は{dog1.age}歳です。")
print(f"{dog2.name}の年齢は{dog2.age}歳です。")

# オブジェクトのメソッドを呼び出し
dog1.bark()
dog2.bark()

クラスの利点と活用法

クラスは、コードの再利用を可能にする重要なツールです。

一度クラスを作成すれば、そのクラスの新たなインスタンスを何度でも作成できます。

既存のクラスを基に新しいクラスを作ることも可能です（これを「継承」と呼びます）。

既存のコードを新しい目的に合わせて簡単に再利用できます。

Pythonでのオブジェクト指向の実行

Pythonでのオブジェクト指向プログラミングを実行する具体的な手段についてお伝えします。

コンストラクタとメンバ（SEO1位: h4:コンストラクタ、メンバ）
Pythonでのインスタンスの作成と活用（SEO2位: h3:インスタンス）
Pythonでの継承と多態性の活用法

コンストラクタとメンバ

Pythonでクラスを定義するときには、__init__という特別なメソッドを使用します。

これをコンストラクタと呼びます。

コンストラクタは、クラスの新しいインスタンスを作成するときに自動的に呼び出され、オブジェクトの初期設定を行います。

一方、メンバはクラスが保有する属性やメソッドのこと。

メンバを通じて、データを保持したり、特定の動作を実行したりします。

class Dog:
    # コンストラクタ (初期化メソッド)
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    # メンバメソッド
    def bark(self):
        print(f"{self.name}が吠えました！ワンワン！")

    def introduce(self):
        print(f"私の名前は{self.name}です。{self.age}歳です。")

# Dogクラスを使ってオブジェクトを作成
dog1 = Dog("ポチ", 3)
dog2 = Dog("ハチ公", 5)

# オブジェクトのメソッドを呼び出し
dog1.bark()
dog2.bark()

# オブジェクトのメンバにアクセス
print(f"{dog1.name}の年齢は{dog1.age}歳です。")
print(f"{dog2.name}の年齢は{dog2.age}歳です。")

# メンバメソッドを呼び出し
dog1.introduce()
dog2.introduce()

Pythonでのインスタンスの作成と活用

Pythonでは、定義したクラスからインスタンスの作成が可能です。

インスタンスを作成するには、クラス名に続けて括弧()をつけます。

このインスタンスには、以下の特徴があります。

クラスで定義されたメンバが含まれる
インスタンスにはそれぞれが持つ独自のデータを保持できる

この特性を活用することで、コードの柔軟性と再利用性を向上させることが可能です。

class Person:
    # コンストラクタ (初期化メソッド)
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    # 自己紹介メソッド
    def introduce(self):
        print(f"私の名前は{self.name}です。{self.age}歳です。")

# クラスからインスタンスを作成
person1 = Person("Alice", 30)
person2 = Person("Bob", 25)

# 各インスタンスのデータを表示
person1.introduce()
person2.introduce()

Pythonでの継承と多態性の活用法

Pythonでは、別のクラスから属性やメソッドを継承できます。

既存のクラスを基に新しいクラスを作成し、コードの再利用が可能になるのです。

多態性とはひとつのインターフェースで多くの形（オブジェクト）に対応すること。

コードの一部を変更せずに、異なるオブジェクトに対する操作を実現できます。

これらのオブジェクト指向の特性を理解し、適切に活用することで、効率的なプログラミングが可能になります。

class Animal:
    def speak(self):
        raise NotImplementedError("サブクラスでオーバーライドしてください。")

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return "ワンワン！"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return "ニャーニャー！"

# 継承したクラスを使ってインスタンスを作成
dog = Dog()
cat = Cat()

# 多態性を利用して、共通のインターフェースで異なるオブジェクトに対応する
animals = [dog, cat]

for animal in animals:
    print(animal.speak())

Pythonのライブラリ紹介と実践

Pythonの強力なライブラリとその活用方法について詳しくお伝えします。

Pandasとデータ操作
Pythonオブジェクト指向の適用例
Numpyとそのオブジェクト指向の活用
ライブラリの選択とその基準

Pandasとデータ操作

Pythonのデータ操作用ライブラリーであるPandasは、データ解析作業を効率的におこなえるツールセットを提供。

Pandasを使用すると、CSVやExcelなどのデータファイルを簡単に読み込み、データの整形や加工をおこなえます。

CSVデータサンプル

Name,Age,Gender
Alice,30,Female
Bob,25,Male
Charlie,35,Male

Pythonコード

import pandas as pd

# CSVファイルを読み込む
data = pd.read_csv("example.csv")

# データの表示
print("---- 元のデータ ----")
print(data)

# 年齢が30歳以上のデータを抽出
age_above_30 = data[data["Age"] >= 30]

# 新しいカラムを追加してデータを加工
age_above_30["Status"] = "Adult"

# 加工後のデータを表示
print("\n---- 加工後のデータ ----")
print(age_above_30)

Pandasのデータフレームとシリーズといった主要なデータ構造は、Pythonのオブジェクト指向プログラミングの概念に基づいて設計されています。

Pythonオブジェクト指向の適用例

Pythonのオブジェクト指向プログラミングは、各種アプリケーションやシステムの開発に広く利用されています。

Webアプリケーション開発においては、DjangoやFlaskといったフレームワークがクラスベースのビューを提供しています。

これにより、コードの再利用やメンテナンス性が向上します。

また、機械学習ライブラリのscikit-learnでは、各種アルゴリズムがクラスとして提供され、共通のインターフェースで扱えます。

【Django】チュートリアル｜日報アプリの開発から公開まで

Djangoのチュートリアルをお探しですか？具体的に「手を動かして作ってみたい！」という方へ向けて、誰でもできる簡易的な日報アプリの開発を通じて、Djangoの様々な機能に触れていくシリーズとなっています。PythonでWebアプリを作りたい方、必見の記事となります！

Numpyとそのオブジェクト指向の活用

Numpyは、Pythonで数値計算を効率的におこなえるライブラリです。

配列オブジェクトや数値演算関数など、さまざまな機能を提供します。

Numpyの配列オブジェクトは、多次元配列を効率的に扱える設計。

この配列オブジェクトもまた、Pythonのオブジェクト指向プログラミングの概念に基づいています。

import numpy as np

# 2つの行列を定義
matrix1 = np.array([[1, 2], [3, 4]])
matrix2 = np.array([[5, 6], [7, 8]])

# 行列の足し算を実行
result_matrix = matrix1 + matrix2

# 結果を表示
print("Matrix1:")
print(matrix1)

print("\nMatrix2:")
print(matrix2)

print("\nResult Matrix:")
print(result_matrix)