クラスとインスタンス — 自分だけの型を定義する

前回の型まとめで触れたとおり、int や str、list、dict といった組み込み型だけでは「ユーザー」「商品」「注文」のような業務上の概念をそのまま表せません。今回はその次のステップとして、class で自分だけの型を定義する書き方 — オブジェクト指向プログラミング（OOP）を整理します。

なぜオブジェクト指向か

ここまで学んだ書き方は 手続き型 と呼ばれ、関数を組み合わせて処理を組み立てるスタイルでした。プログラムが大きくなると、関連するデータと処理がコードのあちこちに散らばるようになり、変更や再利用が難しくなります。

オブジェクト指向プログラミング（OOP） では、関連するデータ（属性）とそれに対する操作（メソッド）を 1 つのまとまり — オブジェクト — としてくくります。これにより、現実世界の概念のかたまりに合わせてコードを設計できるようになります。

クラスは設計図、インスタンスは実体

OOP の中心となる 2 つの言葉を押さえましょう。

- クラス（class） — 「どんな属性とメソッドを持つか」を書いた 設計図

- インスタンス（instance） — クラスをもとに作られる 実体

たとえば「商品」という概念を Product クラスとして定義すれば、そこから「リンゴ」「バナナ」「みかん」といった個別の商品インスタンスをいくつでも作れます。クラスとインスタンスをまとめて オブジェクト と呼びます。

最小のクラスを定義してみる

では実際に、商品を表す Product クラスを定義してみましょう。クラスは class クラス名: という構文で書きます。Python ではクラス名は 大文字始まりのキャメルケース（Product、UserAccount など）にするのが慣習です。

クラスの中に直接 name = "りんご" のように書いた変数は、クラスが持つ既定値として扱われ、Product.name のように クラス名から直接アクセス できます。

class Product:
    name = "りんご"
    price = 150

# クラスから直接アクセスできる
print(Product.name)    # りんご
print(Product.price)   # 150

このように class 直下に書いた変数はすべて クラス変数 と呼ばれる種類です。インスタンスごとに別々の値を持たせる インスタンス変数 とは性質が違いますが、その違いは後の記事で改めて整理します。今は 「クラス自身に値を張り付けて、Product.name で読める」 という最小形だけ理解できれば十分です。

在庫管理を題材にクラスを 1 つ作ってみます。

① class Product: を定義してください。

② クラスの中に name = "りんご"、price = 150、stock = 10 の 3 つを書いてください。

③ print(Product.name) / print(Product.price) / print(Product.stock) の 3 行を実行し、クラス名から直接値を取り出せることを確認してください。

（正しく実行できれば解説が表示されます）

__init__ でインスタンスごとに違う値を持たせる

上の最小クラスは name = "りんご" のような 固定値 をクラスに張り付けていただけなので、これだとどんなインスタンスを作っても全部「りんご」になってしまいます。実際の業務では、1 つのクラスから「りんご」「バナナ」「みかん」のように違う値を持つインスタンスを いくつでも作りたいはずです。

そのために使うのが、Python の特別なメソッド __init__ — コンストラクタ とも呼ばれる初期化メソッドです。Product("りんご", 150) のように引数付きで呼び出すと、Python が自動的に __init__ を呼び出し、その中で self.name = name のように そのインスタンス専用の属性 に値を書き込めます。

アンダースコア 2 つ

__init__ のように アンダースコア 2 つで囲まれた名前 は、Python が特別な意味を持たせている ダンダーメソッド と呼ばれます。インスタンス生成時の __init__、print() 表示時の __str__ など多数あり、それぞれ 自動的に呼び出されるタイミング が決まっています。__init__ の詳しい使い方や、対になる __del__ は 次回の記事 で改めて扱います。

class Product:
    def __init__(self, name, price):    # インスタンス生成時に自動で呼ばれる
        self.name = name
        self.price = price

apple = Product("りんご", 150)
banana = Product("バナナ", 80)

print(apple.name, apple.price)     # りんご 150
print(banana.name, banana.price)   # バナナ 80

# apple と banana は別のオブジェクト
print(apple is banana)             # False

__init__ を持つ Product クラスを書いて、複数のインスタンスを作ります。

① class Product: を定義し、def __init__(self, name, price): の中で self.name = name と self.price = price を書いてください。

② apple = Product("りんご", 150) と banana = Product("バナナ", 80) の 2 つのインスタンスを作成してください。

③ print(apple.name, apple.price) と print(banana.name, banana.price) を実行し、それぞれが 別の値を持っている ことを確認してください。

（正しく実行できれば解説が表示されます）

メソッドと self の仕組み

属性だけだと「データを置いておけるだけ」で、まだ普通の辞書とそう変わりません。インスタンスに対してできる操作 を一緒に書いておけるのが OOP の本領で、それを メソッド と呼びます。

apple.show() と書くと、Python は内部的に Product.show(apple) を実行していて、self の中身が apple になります。

class Product:
    def __init__(self, name, price):
        self.name = name
        self.price = price

    def show(self):                         # 第 1 引数は必ず self
        print(f"{self.name}: {self.price} 円")

apple = Product("りんご", 150)
banana = Product("バナナ", 80)

apple.show()    # りんご: 150 円  Product.show(apple) と内部的には同じ
banana.show()   # バナナ: 80 円  Product.show(banana) と内部的には同じ

Product にメソッドを 1 つ追加して、インスタンス経由で呼び出します。

① class Product: を定義し、__init__(self, name, price) で self.name / self.price を初期化してください。

② クラス内に def show(self): を定義し、print(f"{self.name}: {self.price} 円") を表示してください。

③ apple = Product("りんご", 150) と banana = Product("バナナ", 80) を作り、apple.show() と banana.show() をそれぞれ呼び出して、同じメソッドが各インスタンスの値で動く ことを確認してください。

self は単なる「慣習」

Python 文法上は第 1 引数の名前は何でもよく、def show(this): でも動きます。ただしほぼすべての Python コードが self を使っているため、揃えるのが鉄則です。self 以外を使うと読み手の混乱を招きます。

今回の記事では、オブジェクト指向の基本を学びました。変数やメソッドにはのちの記事でより詳細に解説します。