Pythonにおけるオブジェクトとクラス

python
Author

Ryo Nakagami

Published

2025-11-03

Modified

2025-11-07

オブジェクトとクラス

Definition 1 プログラミングにおけるオブジェクト

  • 「オブジェクト」はデータと，そのデータを操作する手続きをひとまとめにしたもの
  • データ部分は「属性（attribute）」または「データメンバー」と呼ばれる
  • 手続き部分は「メソッド」と呼ばれ，オブジェクトの状態を操作する

上記の意味でのオブジェクトを作るための設計図がPythonにおける「クラス」です．クラスを基にしてオブジェクトが生成されますが， 実際にデータ値が格納されたオブジェクトのことをインスタンスといいます．

Code 
class Dog:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

my_dog = Dog("Pochi")  # ← これがインスタンス

コード行 my_dog = Dog("Pochi") の挙動は以下のように分解できます

  1. Dog クラスの定義を探し出す
  2. メモリ内に新しい新しいオブジェクト（空のインスタンスを作成する
  3. 新しく作ったオブジェクトを self，引数 Pochi を name として渡して，オブジェクトの __init__ を呼び出す
  4. name の値をインスタンスに格納する．
  5. 初期化が完了したインスタンスを返し， そのインスタンスに対してmy_dog という名前を与える（変数 my_dog に格納する）

Example 1 (メモリから見たクラスとインスタンスの違い)

Code 
print(Dog)
print(my_dog)
<class '__main__.Dog'>
<__main__.Dog object at 0x7f7850aa9450>
  • Dog は クラスオブジェクト（型そのもの）を指しており，<class '__main__.Dog'> のように表示される
  • my_dog は Dogクラスから生成されたインスタンス（具体的な値を持つ実体）を指しており，メモリアドレスを伴って表示される

クラス属性とインスタンス属性

Definition 2 クラス属性とインスタンス属性

  • クラス属性（class attribute） は，クラスそのものに属する属性．すべてのインスタンスで共有される．
  • インスタンス属性（instance attribute） は，各インスタンス固有の属性．インスタンスごとに異なる値を持つ．
  • 通常，インスタンス属性は __init__() メソッド内で self.xxx = ... の形で定義される．
  • クラス属性は，クラス定義の直下（メソッドの外側）で定義される．

Example 2 (dataclass とクラス変数)

  • dataclass でクラス変数を作る場合は ClassVar を使う
  • dataclassはインスタンス変数を自動的に __init__ 処理するための仕組みなので，ClassVar を付けないとクラス変数を用いるとき「インスタンス変数っぽく見える」という混乱が起こります
  • インスタンスメソッドからクラス変数を操作する場合は self.__class__ を基本用いる
Code 
from dataclasses import dataclass
from typing import ClassVar

@dataclass
class Person:
    name: str                        # インスタンス属性
    age: int                         # インスタンス属性
    total_number_of_persons: ClassVar[int] = 0

    def __post_init__(self):
        # クラス属性
        self.__class__.total_number_of_persons += 1

adam = Person('Adam', 30)
john = Person('Jhon', 25)

print(Person.total_number_of_persons)
print(adam.total_number_of_persons)
print(john.total_number_of_persons)
2
2
2

Coding Style Guide

NoteAvoid mutable global state.
  • クラス変数は「全インスタンスで共有される共通定義」にのみ使用
  • ミュータブルなオブジェクトは避け，必要な場合は tuple や frozenset を使う
  • 外部アクセスはメソッド経由

Example 3

Code 
from dataclasses import dataclass, field
from typing import Tuple, ClassVar

@dataclass
class Stats:
    # 不変のクラス変数（mutable global state を避ける）
    _ATTRIBS: ClassVar[Tuple[str, ...]] = ('strength', 'speed', 'intellect', 'tenacity')

    # インスタンス属性
    strength: int = 0
    speed: int = 0
    intellect: int = 0
    tenacity: int = 0

    # クラスメソッドで安全にアクセス
    @classmethod
    def attribs(cls) -> Tuple[str, ...]:
        """Return the immutable tuple of attribute names."""
        return cls._ATTRIBS

    # combine メソッドは staticmethod
    @staticmethod
    def combine(*args: 'Stats') -> 'Stats':
        """
        Combine multiple Stats objects into a new Stats instance.
        Uses the class-level attribute names safely.
        """
        assert all(isinstance(arg, Stats) for arg in args), "All arguments must be Stats instances."
        combined_values = {stat: 0 for stat in Stats.attribs()}
        for stat in Stats.attribs():
            for obj in args:
                combined_values[stat] += getattr(obj, stat)
        return Stats(**combined_values)

s1 = Stats(strength=10, speed=5)
s2 = Stats(intellect=7, tenacity=3)

s_total = Stats.combine(s1, s2)
print(s_total)

# クラス変数は不変なので安全
print(Stats.attribs())  # ('strength', 'speed', 'intellect', 'tenacity')
Stats(strength=10, speed=5, intellect=7, tenacity=3)
('strength', 'speed', 'intellect', 'tenacity')

マングリング

__ をメソッドや属性名の先頭に付与することで，クラス定義の外からは見えづらくする命名方法があります．

Code 
@dataclass
class Cat:
    __name: str

    def say(self):
        print(f"{self.__name} says Meow!")

my_cat = Cat('Tama')
my_cat.say()
Tama says Meow!

このように__name 属性は内部経由だと利用できますが，my_cat.__name だとエラーができます．ただし，

Code 
## 外部access
print(my_cat._Cat__name)

## 属性への直接write
my_cat._Cat__name = 'Tama2'
print(my_cat._Cat__name)
Tama
Tama2

とすると一応アクセス(READ及びWRITE)が出来てしまいます．

インスタンス属性へのアクセス制御

ゲッターとセッターを用いて，インスタンス属性へのアクセスを制御したい場合は @property, @<property>.setter デコレーターという仕組みを使います．

Example 4 (トラファルガー・ローとマングリングとゲッターとセッター)

ワンピースのトラファルガー・ローを例にすると

  • トラファルガー家は，他の「D」の一族と違い，外部にDを名乗ることを避けていた
  • 通称は本名から忌み名を除去したものを名乗っている
  • 通称は変わりうるが，本名は変わらない
  • 本名の外部アクセスは基本想定していない

ということを踏まえてClassを定義すると

Code 
class Waterloos:
    def __init__(self, real_name):
        self.__real_name = real_name
        parts = self.__real_name.split("･")
        self._nickname = f"{parts[0]}･{parts[-1]}" if len(parts) > 1 else self.__real_name

    @property
    def name(self):
        """通称（ニックネーム）を返す"""
        return self._nickname

    @name.setter
    def name(self, value):
        """通称を更新"""
        if not isinstance(value, str):
            raise ValueError("Nickname must be a string")
        self._nickname = value

# トラファルガー･ローの設定
p = Waterloos(real_name="トラファルガー･D･ワーテル･ロー")

print("通称:", p.name)       # → トラファルガー･ロー
print("本名:", p._Waterloos__real_name)  # → トラファルガー･D･ワーテル･ロー
# print("本名:", p.__real_name)  # これではアクセスできない
通称: トラファルガー･ロー
本名: トラファルガー･D･ワーテル･ロー

ワノ国に入国した後に，ワノ国風名前にアレンジしたとすると

Code 
# ワノ国に入国
p.name = "トラ男"

print("通称:", p.name)       # → トラ男
print("本名:", p._Waterloos__real_name)  # → トラファルガー･D･ワーテル･ロー
通称: トラ男
本名: トラファルガー･D･ワーテル･ロー

References