Python

【Python】継承の使い方【派生クラスの定義】

この記事では、Python の継承の使い方について解説します。

継承を使うことでクラスの性質を引継ぎ、拡張・変更したサブクラスを定義することができます。もちろん組み込み型のクラスを継承することもできます。

それでは、Python の継承の使い方を見ていきましょう!

継承とは?

継承(Inheritance)とは、クラスから派生した子クラスを定義することです。子クラスを定義することで、親クラスの属性を引き継ぎ、さらに拡張することができます。

また、クラスを継承させることでそのクラスが持つ属性が定義されていることを保証することができます。

継承元のクラス「基底クラス・親クラス・スーパークラス」と呼び、継承先のクラス「派生クラス・子クラス・サブクラス」と呼びます。

継承の使い方

それでは、実際に継承を行う方法を見ていきましょう!

継承するにはクラス定義時の名前の後に()を使って継承させるクラスを指定します。下記の場合、A が子クラス、B が親クラスとなります。

class A(B):
    # なんらかの処理

さらに、1つのクラスに複数のクラスを継承させることもできます。

class A(B, C, ... ,N):
    # なんらかの処理

複数のクラスを継承することを 多重継承 と言いますが、菱形継承問題などもあり、構造が複雑化してしまうのであまり使われません。

親クラスは呼び出し可能な位置にないと継承できません

サンプル

以下のコードは、Animalクラス を派生させ、2つのクラスを作成しています。

class Animal:
    def __init__(self, name):
        print('Animalクラスのコンストラクタが呼び出されました')
        self.name = name

class Cat(Animal):
    pass

class Dog(Animal):
    pass

neko = Cat('猫ちゃん')
print(neko.name)

inu = Dog('わんちゃん')
print(inu.name)

実行結果

Animalクラスのコンストラクタが呼び出されました
猫ちゃん
Animalクラスのコンストラクタが呼び出されました
わんちゃん

子クラスではコンストラクタを定義していないため、初期化には Animalクラス のコンストラクタが呼び出されました!

このように、親クラスで定義されていて子クラスで定義されていないメソッドを子クラスのインスタンスから呼び出した場合、親クラスのメソッドが呼び出されます。

オーバーライド

オーバーライドとは、親クラスに定義されているメソッドと同じ名前のメソッドを子クラスで定義し、親クラスのメソッドを拡張・変更すること を言います。

親クラスで定義されているメソッドと同名のメソッドを子クラスで定義します。

class 親:
    def メソッド(self):
        print('親のメソッド')

class 子(親):
    # オーバーライド
    def メソッド(self):
        print('子のメソッド')

サンプル

以下のコードでは、Animalクラス で定義したメソッドを子クラスの Dogクラス でオーバーライドしています。Catクラス では何もしていません。

class Animal:
    # 親クラスのメソッド
    def cry(self):
        print('Animalのcryメソッド')

# オーバーライドしないクラス
class Cat(Animal):
    pass

# オーバーライドするクラス
class Dog(Animal):
    def cry(self):
        print('ワンワン!')

neko = Cat()
neko.cry()

inu = Dog()
inu.cry()

実行結果

Animalのcryメソッド
ワンワン!

このように、親クラスのメソッドをオーバーライドすることで子クラスのメソッドを優先して呼び出すことができます。

親クラスを参照する[super()]

super() を使うことで子クラスから親クラスを参照することができます。

子クラスのメソッド内から super() を使うことで親クラスにアクセスすることができます。コンストラクタやメソッドにアクセスすることもできます。

class 子(親):
    def メソッド(self):
        # 親にアクセス
        super()

サンプル

以下のコードでは、子クラスのコンストラクタから親クラスのコンストラクタを呼び出しています。

class 親:
    def __init__(self, value):
        print('親 コンストラクタ start')
        self.value = value
        print('親 コンストラクタ end')


class 子(親):
    def __init__(self, value, data):
        print('子 コンストラクタ start')
        super().__init__(value)  # 親クラスのコンストラクタ呼び出し
        self.data = data
        print('子 コンストラクタ end')


child = 子('value', 'data')
print(child.value)
print(child.data)

実行結果

子 コンストラクタ start
親 コンストラクタ start
親 コンストラクタ end
子 コンストラクタ end
value
data

super() を使って親クラスのコンストラクタを呼び出すことで親クラスのコンストラクタを拡張することができます。

メソッドにも同様のことができます。

class 親:
    def メソッド(self):
        print('親 メソッド')


class 子(親):
    def メソッド(self):
        super().メソッド()
        print('子 メソッド')


child = 子()
child.メソッド()

実行結果

親 メソッド
子 メソッド

継承の継承

継承しているクラスをさらに継承することができます。以下のコードは、D > C > B > Aクラス に渡って継承しています。

class A:
    def __init__(self, a):
        print('A init')
        self.a = a

    def method(self):
        print('A method')
        print(f'a: {self.a}')


class B(A):
    def __init__(self, a, b):
        print('B init')
        super().__init__(a)
        self.b = b

    def method(self):
        print('B method')
        print(f'a: {self.a}, b: {self.b}')


class C(B):
    def __init__(self, a, b, c):
        print('C init')
        super().__init__(a, b)
        self.c = c

    def method(self):
        print('C method')
        print(f'a: {self.a}, b: {self.b}, c: {self.c}')


class D(C):
    def __init__(self, a, b, c, d):
        print('D init')
        super().__init__(a, b, c)
        self.d = d

    def method(self):
        print('D method')
        print(f'a: {self.a}, b: {self.b}, c: {self.c}, d: {self.d}')


print('Aのインスタンス化')
a = A(1)
a.method()

print('Bのインスタンス化')
b = B(1, 2)
b.method()

print('Cのインスタンス化')
c = C(1, 2, 3)
c.method()

print('Dのインスタンス化')
d = D(1, 2, 3, 4)
d.method()

実行結果

Aのインスタンス化
A init
A method
a: 1
Bのインスタンス化
B init
A init
B method
a: 1, b: 2
Cのインスタンス化
C init
B init
A init
C method
a: 1, b: 2, c: 3
Dのインスタンス化
D init
C init
B init
A init
D method
a: 1, b: 2, c: 3, d: 4

上記コードでは、super() で親クラスのコンストラクタを呼び出していましたが、さらに上の世代のクラスを参照することもできます。

例えば、Dクラス から Bクラス や Aクラス を参照することができます。

以下のコードでは、Dクラス のコンストラクタ内で Bクラス を参照し、methodメソッド で Aクラス を参照しています。

class D(C):
    def __init__(self, a, b, d):
        print('D init')
        # Bクラスのコンストラクタの呼び出し
        super(C, self).__init__(a, b)
        self.d = d

     def method(self):
         # Aクラスのmethodの呼び出し
         super(B, self).method()

print('Dのインスタンス化')
d = D(1, 2, 4)
d.method()

実行結果

Dのインスタンス化
D init
B init
A init
a: 1

継承するとメソッド順序解決でメソッドが呼び出される優先順位が決められます。

今回の場合は、単純な直列の継承なので子が優先され、D > C > B > Aクラスという順序になります。そして、super関数の第一引数に型を渡すことで、その型の直後から検索されるようになります。

コードを見てみると、コンストラクタの super関数 では、Cクラス が渡されているので B > Aクラス という順序で検索されます。

methodメソッド内の super関数 では Bクラス が渡されているので Aクラス のみが検索されています。

多重継承

1つのクラスに複数のクラスを継承させることができます。以下のコードは、A・Bクラス を Cクラス に継承しています。

class A:
    def __init__(self, a):
        print('A init')
        self.a = a

    def method(self):
        print(f'a: {self.a}')


class B:
    def __init__(self, b):
        print('B init')
        self.b = b

    def method(self):
        print(f'b: {self.b}')


class C(A, B):
    def __init__(self, a, b, c):
        print('C init')
        super().__init__(a)
        self.c = c

def method(self):
    print(f'a: {self.a}, c: {self.c}')


c = C(1, 2, 3)
c.method()

実行結果

C init
A init
a: 1, c: 3

このコードでは、super() で Aクラス が参照されています。

検索順序が遅いクラスを参照する

上記コードでは、Aクラス しか参照していなかったので Bクラス も参照してみます。

class C(A, B):
    def __init__(self, a, b, c):
        print('C init')
        super().__init__(a)
        # Bクラスの参照
        super(A, self).__init__(b)
        self.c = c

    def method(self):
        print(f'a: {self.a}, b: {self.b}, c: {self.c}')


c = C(1, 2, 3)
c.method()

実行結果

C init
A init
B init
a: 1, b: 2, c: 3

このように、super関数 の第一引数に Aクラス を指定することで Bクラス を参照することができます。

継承させる順番を変えることで検索順序を変更することができます。左側に記述するほど優先 されます。

# 継承させる順番をB > Aに変更
class C(B, A):
    def __init__(self, a, b, c):
        print('C init')
        # Bクラスが参照されている
        super().__init__(a)
        # Aクラスが参照されている
        super(B, self).__init__(b)
        self.c = c

    def method(self):
        print(f'a: {self.a}, b: {self.b}, c: {self.c}')


c = C(1, 2, 3)
c.method()

実行結果

C init
B init
A init
a: 2, b: 1, c: 3

C > B > Aクラス の順序で呼び出されるようになりました。

オーバーライドしていない場合の検索順序

親クラスのメソッドをオーバーライドしていない場合、検索順序には親クラスのメソッドが評価されます。

class Zero:
    def method(self):
        print('Zero')


class A(Zero):
    pass


class B(Zero):
    pass


class C(Zero):
    def method(self):
        print('C')


class Tail(A, B, C):
    pass


t = Tail()
t.method()

実行結果

C

検索順序的には Cクラス よりも A・Bクラス の方が早いですが、メソッドをオーバーライドしてない為、A・Bクラス は Zeroクラス のメソッドを参照しています。そのため、検索順序は C > Zero になっています。

優先順序を取得する [mroメソッド]

mroメソッド を使うことでメソッド順序解決リストを取得できます。

クラス.mro()

サンプル

検索順序を確認してみましょう!

class Zero:
    pass


class A(Zero):
    pass


class B(Zero):
    pass


class Tail(A, B):
    pass


print(Tail.mro())

実行結果

[<class '__main__.Tail'>, <class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.Zero'>, <class 'object'>]

Tail > A > B > Zero になっているのがわかる。

特定のクラスを継承しているか判別する

isinstance() を使うことで特定のクラスを継承しているか判別することができます。

第一引数に判別したいオブジェクト、第二引数に判別したい型を指定します。

isinstance(object, classinfo)

object引数 が classinfo引数 のインスタンスか、またはサブクラスのインスタンスの場合に True が返されます。

サンプル

以下のコードは、Parentクラス を継承しているか判定し、継承していた場合は Parentクラス の属性を呼び出しています。

class Parent:
    def __init__(self):
        self.value = 'parent'


# Parentを継承したクラス
class Child(Parent):
    pass


# 継承していないクラス
class NoParent:
    pass


# インスタンス化
c = Child()
n = NoParent()

def func(obj):
    # クラス名の出力
    print(obj.__class__)
    if isinstance(obj, Parent):
        print('Parentクラスを継承しています')
        print(f'value: {obj.value}') # Parentが継承されていれば必ず定義されている
    else:
        print('Parentクラスを継承していません')

func(c)
func(n)

実行結果

<class '__main__.Child'>
Parentクラスを継承しています
value: parent
<class '__main__.NoParent'>
Parentクラスを継承していません

このように特定の親クラスを継承しているかどうかを判別することで そのクラスが親クラスで定義されている属性を呼び出せるかどうかを判別できます。

継承の必要性

継承は、とても便利な機能ですが、実は危険性も孕んでいます。

継承を使うごとにソースコードの見通しがどんどん悪くなっていき、親クラスの責任と影響が不明確になってしまうのです。つまり、どこをいじったらどのような変化が起こるかわからないコードになりやすいのです。

なので、最近では 合成 を使うことが推奨されています。

合成と委譲の使い方について解説

皆さんも継承の使い方には注意してください。

まとめ

この記事では、Python の継承について解説しました。

今回のおさらい

継承からのオーバーライドは覚えておきましょう。

def 親:
    def メソッド名(self):
        print('親メソッド')

def 子(親):
    def メソッド名(self):
        print('子メソッド')

それでは今回の内容はここまでです。ではまたどこかで〜( ・∀・)ノ