抽象クラスの基礎:Python abstractmethod - 趣味のPython・深層学習

Pythonの抽象クラスについて

抽象クラスとは

抽象クラスとは、共通の機能を持つクラスのベースとなるクラスです。抽象クラスには実装されていないメソッドが含まれており、これらのメソッドは具象クラスで実装されなければなりません。抽象クラスは、インスタンスを作成することはできません。具象クラスのインスタンスを作成する必要があります。抽象クラスの役割は、クラスの設計を明確にすることと、共通のインターフェースを強制することです。

抽象クラスには、抽象メソッドと共通のメソッドが定義されています。具象クラスは、抽象クラスを継承します。具象クラスは、抽象メソッドを実装しなければなりません。具象クラスは、共通のメソッドを継承しています。

抽象クラスの定義

Pythonでは、abcモジュールを使って抽象クラスを定義します。

import abc

class AbstractClass(abc.ABC):
    
    @abc.abstractmethod
    def abstract_method(self):
        """実装されていないメソッド"""
        pass
    
    def common_method(self):
        """共通のメソッド"""
        print("共通の処理")

abc.ABCを継承することで、クラスを抽象クラスにします。 @abc.abstractmethodデコレータを使うことで、メソッドを抽象メソッドにします。抽象メソッドには、passだけが記述されています。

具象クラスの定義

具象クラスは、抽象クラスを継承し、抽象メソッドを実装します。

class ConcreteClass(AbstractClass):
    
    def abstract_method(self):
        """抽象メソッドの実装"""
        print("具象クラスの処理")

抽象クラスを継承します。抽象メソッドをオーバーライドし、実装します。共通のメソッドは継承されます。

抽象クラスの利点

抽象クラスには、以下のような利点があります。

コードの一貫性と整合性の向上

関連するクラスに共通のインターフェースを強制できます。コードの保守性が向上します。

コードの再利用性の向上

共通の機能をベースクラスに集約できます。重複コードを減らすことができます。

設計の明確化

クラスの設計が明確になります。具象クラスがどのようなインターフェースを実装する必要があるかが明示的になります。

多態性の実現

抽象クラスのインスタンスではなく、具象クラスのインスタンスを使うことができます。コードの柔軟性が高まります。

抽象クラスの注意点

抽象クラスを使う際には、以下の点に注意が必要です。

抽象メソッドのオーバーライド

具象クラスでは、抽象クラスの抽象メソッドをすべてオーバーライドする必要があります。オーバーライドされていない場合は、TypeErrorが発生します。

インスタンス化の制限

抽象クラス自体はインスタンス化できません。具象クラスのインスタンスを作成する必要があります。

継承の制限

抽象クラスを継承する場合、抽象クラスの抽象メソッドをすべてオーバーライドするか、または継承したクラスも抽象クラスにする必要があります。

抽象クラスの例

ここでは、形状を表すクラスを例に、抽象クラスの利用例を示します。

import abc

class Shape(abc.ABC):
    """形状を表す抽象クラス"""
    
    @abc.abstractmethod
    def area(self):
        """面積を計算する抽象メソッド"""
        pass
    
    @abc.abstractmethod
    def perimeter(self):
        """周囲を計算する抽象メソッド"""
        pass
    
    def print_info(self):
        """形状の情報を出力するメソッド"""
        print(f"面積: {self.area()}")
        print(f"周囲: {self.perimeter()}")

class Rectangle(Shape):
    """長方形を表す具象クラス"""
    
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height
    
    def area(self):
        """長方形の面積を計算する"""
        return self.width * self.height
    
    def perimeter(self):
        """長方形の周囲を計算する"""
        return 2 * (self.width + self.height)

# 具象クラスのインスタンス化と使用
rectangle = Rectangle(5, 3)
rectangle.print_info()
出力:
Copy code面積: 15
周囲: 16

Shapeクラスは抽象クラスで、area()とperimeter()が抽象メソッドです。 Rectangleクラスは具象クラスで、Shapeクラスを継承しています。 Rectangleクラスでは、抽象メソッドをオーバーライドし、長方形の面積と周囲を計算する実装を行っています。最後に、Rectangleクラスのインスタンスを作成し、print_info()メソッドを呼び出すことで、面積と周囲が出力されます。