Классы и объекты

Зачем объединять данные и функции вместе

До сих пор вы держали данные и код, который с ними работает, отдельно друг от друга. Например, для книги вы бы завели три переменные — title, author, pages — а печатать описание книги пришлось бы отдельной функцией, в которую эти три переменные каждый раз передаются заново. Если книг несколько, переменных становится в три раза больше, и легко перепутать, какой автор к какому названию относится.

Представьте письменный стол: на нём вперемешку лежат страницы из разных книг. Найти нужную страницу — мучение. Гораздо удобнее, когда каждая книга — это отдельный, скреплённый том: обложка, страницы и содержание держатся вместе, как единое целое.

Именно эту идею предлагает объектно-ориентированное программирование (сокращённо — ООП): данные (что объект знает о себе) и функции, которые с этими данными работают (что объект умеет делать), объединяются в одну сущность — объект. В официальной терминологии данные объекта называют атрибутами, а функции внутри объекта — методами.

Класс — чертёж, объект — изделие по чертежу

Прежде чем печатать книги, издательство делает макет: где заголовок, где имя автора, какой шрифт. По одному макету печатают тысячи разных книг — у каждой свой текст, но структура одна и та же. В программировании такой макет называют классом, а готовую книгу, напечатанную по этому макету, — экземпляром класса (или просто объектом).

Класс описывается ключевым словом class: имя класса, двоеточие и тело с отступом — так же, как вы описывали функцию через def.

class Book:
    pass  # пока пустой класс

Этот класс уже работает, но пока бесполезен — в нём нет ни данных, ни действий. Наполним его по шагам.

Конструктор __init__: как задать объекту начальные данные

Когда вы регистрируетесь в сервисе, вам сразу дают анкету: имя, email, пароль. Пока вы её не заполнили, аккаунта фактически нет — только пустая форма. У объектов то же самое: сразу после создания нужно заполнить его данными. Для этого в классе описывают специальную функцию, которая выполняется автоматически в момент создания объекта.

Такая функция называется конструктором, а в Python она всегда носит имя __init__ (от английского initialize — «инициализировать», то есть задать начальное состояние). Двойные подчёркивания с двух сторон — не опечатка: так в Python помечают служебные («магические», или dunder, от double underscore) методы — методы со особым, предопределённым самим языком поведением. __init__ — самый частый из них.

class Book:
    def __init__(self, title, author, pages):
        self.title = title
        self.author = author
        self.pages = pages

Пока класс сам по себе не выполняет этот код — __init__ сработает только тогда, когда вы создадите объект. Как именно — разберём в следующем разделе.

self — ссылка на «этот конкретный объект»

Представьте, что вы заполняете анкету не для себя, а сразу за всех сотрудников компании — сто одинаковых бланков. Чтобы не запутаться, в какой бланк что писать, вам нужно постоянно указывать: «вот в этот, текущий». В Python эту роль играет self: он показывает, с каким именно объектом сейчас работает код.

self — первый параметр каждого метода класса, и обозначает он тот объект, у которого этот метод вызвали. Слово self — тоже просто соглашение (можно назвать параметр иначе, язык не запретит), но менять его не стоит: все, кто читает ваш код, ожидают увидеть именно self.

class Book:
    def __init__(self, title, author):
        self.title = title
        self.author = author

    def description(self):
        return f"'{self.title}' by {self.author}"

book = Book("1984", "George Orwell")
print(book.description())

Когда вы пишете book.description(), Python сам подставляет book как первый аргумент — то есть фактически выполняется Book.description(book). Именно поэтому self не передают руками при вызове: интерпретатор делает это за вас.

Создание объекта и обращение к его данным

Класс — это только описание того, какими будут будущие объекты. Чтобы получить настоящий, «рабочий» объект, класс нужно вызвать как функцию — это называется созданием экземпляра.

class Book:
    def __init__(self, title, author):
        self.title = title
        self.author = author

book = Book("1984", "George Orwell")

print(book.title)   # 1984
print(book.author)  # George Orwell

Несколько объектов одного класса — у каждого свои данные

Один и тот же макет книги издательство использует, чтобы напечатать сотни разных экземпляров — у каждого свой текст, но обложка устроена одинаково. Так же и здесь: по одному классу можно создать сколько угодно объектов, и данные внутри них никак не пересекаются.

class Book:
    def __init__(self, title, pages):
        self.title = title
        self.pages = pages

book1 = Book("1984", 328)
book2 = Book("Война и мир", 1225)

print(book1.title, book1.pages)   # 1984 328
print(book2.title, book2.pages)   # Война и мир 1225

book1.pages = 330               # меняем данные только у book1
print(book1.pages)                # 330
print(book2.pages)                # 1225 -- не изменилось

Атрибут класса: данные, общие для всех объектов

У всех книг, независимо от названия и автора, один и тот же материал — бумага. Незачем хранить это отдельно в каждом объекте: такую общую характеристику удобнее задать один раз на весь класс, а не повторять в конструкторе для каждого экземпляра.

Такие данные называют атрибутом класса — в отличие от атрибута экземпляра (который вы уже видели, он задаётся через self в __init__), атрибут класса пишут прямо в теле класса, без self.

class Book:
    material = "бумага"          # атрибут КЛАССА -- один на всех

    def __init__(self, title):
        self.title = title        # атрибут ЭКЗЕМПЛЯРА -- свой у каждого

book1 = Book("1984")
book2 = Book("Дюна")

print(book1.material)   # бумага
print(book2.material)   # бумага -- общее значение
print(Book.material)    # бумага -- можно взять и у самого класса

Правило простое: если значение своё у каждого объекта — это атрибут экземпляра, задавайте через self в __init__. Если значение одно на всех — атрибут класса.

Методы с параметрами: объект, который умеет действовать

Пока что методы у вас только читали данные объекта. Но объект может ещё и изменять сам себя — например, счёт в банке умеет не только показывать баланс, но и пополняться, и списывать деньги. Такое поведение тоже описывают методом, только он принимает дополнительные параметры и меняет атрибуты через self.

class BankAccount:
    def __init__(self, owner, balance=0):
        self.owner = owner
        self.balance = balance

    def deposit(self, amount):
        self.balance += amount

    def withdraw(self, amount):
        if amount > self.balance:
            return False
        self.balance -= amount
        return True

acc = BankAccount("Алиса", 1000)
acc.deposit(500)
print(acc.balance)          # 1500

success = acc.withdraw(2000)
print(success, acc.balance)  # False 1500 -- баланс не изменился

Частые ошибки

class Book:
    def description():   # нет self
        return "книга"

book = Book()
book.description()
# TypeError: description() takes 0 positional arguments but 1 was given

class Book:
    def __init__(self, title):
        title = title   # не self.title!

book = Book("1984")
print(book.title)
# AttributeError: 'Book' object has no attribute 'title'