クラス

[Python] クラスの継承のやり方についてわかりやすく解説

Pythonでクラスを継承するには、親クラス(スーパークラス)を子クラス(サブクラス)の定義時に括弧内に指定します。

例えば、class 子クラス(親クラス): のように記述します。

子クラスは親クラスの属性やメソッドを引き継ぎ、独自の機能を追加できます。

親クラスのメソッドを上書き(オーバーライド)することも可能です。

また、super()を使うことで親クラスのメソッドを呼び出すことができます。

目次から探す

Pythonでのクラス継承の基本構文
クラス継承の実践例
多重継承の仕組みと注意点
- 多重継承の基本構文
- 注意点
継承を使わない場合の代替手法
実践的な活用例
- 商品クラスの設計
- コンポジションの活用
まとめ

Pythonでのクラス継承の基本構文

Pythonにおけるクラス継承は、既存のクラスを基に新しいクラスを作成する手法です。

これにより、コードの再利用が可能になり、プログラムの構造をより整理されたものにすることができます。

基本的な構文は以下の通りです。

# 基底クラス(親クラス)
class ParentClass:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def greet(self):
        return f"こんにちは、{self.name}さん！"
# 派生クラス(子クラス)
class ChildClass(ParentClass):
    def __init__(self, name, age):
        super().__init__(name)  # 親クラスのコンストラクタを呼び出す
        self.age = age
    def introduce(self):
        return f"{self.name}は{self.age}歳です。"
# クラスのインスタンスを作成
child = ChildClass("太郎", 10)
print(child.greet())       # 親クラスのメソッドを呼び出し
print(child.introduce())   # 子クラスのメソッドを呼び出し

こんにちは、太郎さん！
太郎は10歳です。

この例では、ParentClassが親クラスで、ChildClassがその子クラスです。

子クラスは親クラスのメソッドや属性を引き継ぎ、さらに独自のメソッドや属性を追加することができます。

super()を使うことで、親クラスのコンストラクタを呼び出し、親クラスの初期化を行っています。

クラス継承の実践例

クラス継承を利用することで、より複雑なデータ構造や機能を持つプログラムを簡潔に作成できます。

ここでは、動物を表すクラスを例に、継承の実践例を示します。

# 基底クラス(親クラス)
class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def speak(self):
        return "音を出す"
# 派生クラス(子クラス)
class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return "ワン！"
class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return "ニャー！"
# クラスのインスタンスを作成
dog = Dog("ポチ")
cat = Cat("ミケ")
print(f"{dog.name}の声: {dog.speak()}")  # Dogクラスのメソッドを呼び出し
print(f"{cat.name}の声: {cat.speak()}")  # Catクラスのメソッドを呼び出し

ポチの声: ワン！
ミケの声: ニャー！

この例では、Animalクラスが基本的な動物の属性を持ち、DogクラスとCatクラスがそれを継承しています。

各子クラスは、speakメソッドをオーバーライドして、特定の動物の鳴き声を返すようにしています。

このように、継承を使うことで、共通の機能を持つクラスを簡単に拡張することができます。

多重継承の仕組みと注意点

Pythonでは、複数の親クラスから継承する「多重継承」が可能です。

これにより、異なるクラスの機能を組み合わせて新しいクラスを作成できますが、注意が必要な点もあります。

以下に多重継承の基本的な構文と注意点を示します。

多重継承の基本構文

# 親クラス1
class Parent1:
    def method1(self):
        return "親クラス1のメソッド"
# 親クラス2
class Parent2:
    def method2(self):
        return "親クラス2のメソッド"
# 子クラス(多重継承)
class ChildClass(Parent1, Parent2):
    def method3(self):
        return "子クラスのメソッド"
# クラスのインスタンスを作成
child = ChildClass()
print(child.method1())  # 親クラス1のメソッドを呼び出し
print(child.method2())  # 親クラス2のメソッドを呼び出し
print(child.method3())  # 子クラスのメソッドを呼び出し

親クラス1のメソッド
親クラス2のメソッド
子クラスのメソッド

注意点

注意点	説明
ダイヤモンド問題	同じ親クラスを持つ複数の親クラスから継承する場合、どの親クラスのメソッドを使用するかが不明確になることがあります。
メソッド解決順序(MRO)	PythonはC3線形化アルゴリズムを使用して、メソッド解決順序を決定します。`__mro__`属性を使って確認できます。
コードの可読性	多重継承を多用すると、コードが複雑になり、可読性が低下する可能性があります。必要な場合にのみ使用することが推奨されます。

多重継承は強力な機能ですが、適切に使用しないとコードが複雑になり、バグの原因となることがあります。

特にダイヤモンド問題に注意し、必要に応じて設計を見直すことが重要です。

継承を使わない場合の代替手法

継承はクラスの再利用を促進しますが、必ずしも最適な選択肢ではありません。

特に、クラス間の関係が is-a ではなく has-a の場合、継承を使わずに代替手法を検討することが重要です。

以下に、継承を使わない場合の代替手法をいくつか紹介します。

コンポジション

コンポジションは、クラスが他のクラスのインスタンスを属性として持つ手法です。

これにより、クラス間の関係をより柔軟に構築できます。

# エンジンを表すクラス
class Engine:
    def start(self):
        return "エンジン始動"
# 車を表すクラス
class Car:
    def __init__(self):
        self.engine = Engine()  # Engineクラスのインスタンスを持つ
    def start(self):
        return self.engine.start()  # Engineのメソッドを呼び出す
# クラスのインスタンスを作成
car = Car()
print(car.start())  # 車のエンジンを始動

エンジン始動

インターフェース

Pythonには正式なインターフェースの概念はありませんが、抽象基底クラス(ABC)を使用することで、クラスが特定のメソッドを実装することを強制できます。

これにより、異なるクラス間での一貫性を保つことができます。

from abc import ABC, abstractmethod
# 抽象基底クラス
class Animal(ABC):
    @abstractmethod
    def speak(self):
        pass
# 実装クラス
class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return "ワン！"
class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return "ニャー！"
# クラスのインスタンスを作成
dog = Dog()
cat = Cat()
print(dog.speak())  # Dogクラスのメソッドを呼び出し
print(cat.speak())  # Catクラスのメソッドを呼び出し

ワン！
ニャー！

モジュールの利用

機能をモジュールとして分割し、必要な機能をインポートして使用する方法もあります。

これにより、クラスの依存関係を減らし、コードの再利用性を高めることができます。

# my_module.py
def greet(name):
    return f"こんにちは、{name}さん！"
# メインプログラム
from my_module import greet
print(greet("太郎"))  # モジュールの関数を呼び出し

こんにちは、太郎さん！

これらの代替手法を使用することで、継承の必要性を減らし、より柔軟で保守性の高いコードを実現できます。

特に、クラス間の関係が明確でない場合や、機能の再利用が求められる場合には、これらの手法を検討することが重要です。

実践的な活用例

クラス継承やその代替手法を用いることで、実際のアプリケーションにおいて効率的なコード設計が可能になります。

ここでは、実践的な活用例として、簡単なオンラインショップのシステムを考えてみます。

このシステムでは、商品を表すクラスと、特定の種類の商品を表す派生クラスを作成します。

商品クラスの設計

まず、基本的な商品クラスを作成し、そこから特定の種類の商品を継承します。

# 基底クラス(親クラス)
class Product:
    def __init__(self, name, price):
        self.name = name
        self.price = price
    def get_info(self):
        return f"商品名: {self.name}, 価格: {self.price}円"
# 派生クラス(子クラス)
class Book(Product):
    def __init__(self, name, price, author):
        super().__init__(name, price)  # 親クラスのコンストラクタを呼び出す
        self.author = author
    def get_info(self):
        return f"{super().get_info()}, 著者: {self.author}"
class Electronics(Product):
    def __init__(self, name, price, warranty):
        super().__init__(name, price)
        self.warranty = warranty
    def get_info(self):
        return f"{super().get_info()}, 保証期間: {self.warranty}年"
# クラスのインスタンスを作成
book = Book("Pythonプログラミング", 3000, "山田太郎")
electronics = Electronics("ノートパソコン", 80000, 2)
print(book.get_info())         # Bookクラスの情報を表示
print(electronics.get_info())  # Electronicsクラスの情報を表示

商品名: Pythonプログラミング, 価格: 3000円, 著者: 山田太郎
商品名: ノートパソコン, 価格: 80000円, 保証期間: 2年

コンポジションの活用

次に、コンポジションを使って、カート機能を実装します。

カートは複数の商品を持つことができ、合計金額を計算するメソッドを持ちます。

# カートを表すクラス
class ShoppingCart:
    def __init__(self):
        self.items = []  # 商品のリスト
    def add_item(self, product):
        self.items.append(product)  # 商品をカートに追加
    def total_price(self):
        return sum(item.price for item in self.items)  # 合計金額を計算
# カートのインスタンスを作成
cart = ShoppingCart()
cart.add_item(book)          # 本をカートに追加
cart.add_item(electronics)   # 電子機器をカートに追加
print(f"カートの合計金額: {cart.total_price()}円")  # 合計金額を表示