【Pythonの基礎知識】Pythonのクラスとオブジェクトを最初に学ぶ

プログラムの規模が大きくなるにつれて、「データと処理をまとめる技術」が必要になります。そこで登場するのがクラスとオブジェクト。
この記事では、PythonにおけるOOP（オブジェクト指向）の基礎中の基礎を、最小限のコードで丁寧に解説します。

クラスとオブジェクトの本質とは？

関数や変数だけでコードを書いていくと、徐々に構造が複雑化し、保守性や再利用性に問題が生じます。そこで登場するのが「クラス」と「オブジェクト」という概念です。これらは、処理とデータを一体化し、より現実世界に近い形でプログラムを設計することを可能にします。本章では、クラスとオブジェクトの意義と、それらが解決する問題について深掘りしていきます。

関数ベースでは限界がある理由

Pythonを含む多くのプログラミング言語では、最初に「関数」を学びます。関数を使えば、処理のまとまりを定義し、何度でも呼び出すことができます。しかし、関数型のコードだけで全体を構成していくと、以下のような問題に直面します。

• 似たような関数が増え、引数の構造が複雑になる
• 関数間でグローバル変数を共有し始めてバグの温床になる
• データと処理が分離していて、追跡や保守が困難になる

例えば、従業員の給与を計算する処理があったとします。「名前」「基本給」「手当」「税率」などを扱う関数を作ると、都度すべての引数を渡す必要があり、しかもその関数を複数の場所で使うたびに同じ情報を繰り返し管理しなければなりません。

こうした煩雑さを解消するために登場するのが「クラス」という仕組みです。

クラスとは「共通構造の設計図」である

クラスとは、データ構造とその振る舞い（処理）をまとめて定義できる「設計図」です。現実世界にあるモノを抽象化して、プログラムの中に再現する役割を担います。

例えば「車」というクラスがあるとしたら、以下のような属性や機能が含まれます：

• 属性（データ）: 車種、色、速度、燃料残量など
• メソッド（処理）: 走る、止まる、燃料を補充する

このように、クラスを定義することで「同じような特徴を持ったものを一元管理」でき、コード全体の設計が明確になります。現実世界の考え方をそのままコードに反映できる点が、クラスの最大のメリットです。

Pythonでは非常に簡潔な構文でクラスを定義できます。これにより、初心者でも早い段階からオブジェクト指向の設計を取り入れることが可能です。

クラスを使うと「共通構造のひな形」を作ることができますが、さらに強力なのは「既存のクラスを元にして、新しいクラスを作れる」点です。これを「継承」と呼びます。たとえば「車クラス」をもとに「スポーツカー」や「トラック」といったクラスを派生させることで、コードの再利用性と拡張性が飛躍的に高まります。
※継承やオーバーライドといったクラスの応用テクニックは、次回【基礎⑩】内蔵関数まとめのあとに予定している「OOP応用編」で詳しく解説します。

オブジェクトは「データと機能のセット」

クラスはあくまで設計図にすぎません。その設計図をもとに実際に作られる「具体的な実体」が、オブジェクト（インスタンス）です。

たとえば、`Car`というクラスから生成される以下のようなオブジェクトを考えてみましょう：

• car1 = 車種:トヨタ, 色:赤
• car2 = 車種:ホンダ, 色:青

car1とcar2は、それぞれ異なる属性を持つ独立したオブジェクトですが、共通の設計図（クラス）から作られているため、同じメソッド（処理）を持ちます。

クラスを使わずにこれらを管理しようとすると、変数や関数が爆発的に増えて管理が困難になります。一方、クラスとオブジェクトの概念を用いれば、データと機能を一体化した「まとまり」として扱えるため、コードの拡張・修正が圧倒的に楽になります。

OOP（オブジェクト指向プログラミング）の基礎は、こうした「設計図（クラス）」と「実体（オブジェクト）」の関係性を理解するところから始まります。

Pythonにおけるクラスの基本構文

Pythonのクラス構文は非常にシンプルで、初心者でも扱いやすいのが特徴です。このセクションでは、class構文の構造、selfや__init__の役割、そしてメソッドや変数の操作方法まで、基本を丁寧に解説します。

class構文の全体像と役割

Pythonにおけるクラスの定義は、 classキーワードを使って行います。クラスは一種の「テンプレート」であり、属性（データ）やメソッド（処理）をまとめた構造を定義するものです。以下は最小構成の例です。

class Person:
    pass

このように定義されたクラスからオブジェクトを生成することで、設計図に基づいた具体的な「実体（インスタンス）」を使うことができます。

__init__とselfの意味と使い方

クラス内に定義する __init__メソッドは、インスタンスが生成されたときに自動的に呼び出される「初期化関数」です。selfは、クラス内の属性やメソッドにアクセスするための参照を表します。

class Person:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

この例では、Personというクラスを元にインスタンスを生成すると、nameという属性がセットされる仕組みです。selfはそのインスタンス自身を表しており、インスタンスごとに固有の値を保持できます。

__init__のアンダースコアの意味と役割

Pythonで先頭と末尾にアンダースコア2つが付いた名前（例： __init__）は、「マジックメソッド（特殊メソッド）」と呼ばれます。これはPython内部で特別な意味を持つメソッド群です。

• __init__：クラスのインスタンスが生成された直後に自動的に呼び出され、初期化処理を行う
• アンダースコアが2つあるのは、ユーザー定義の名前と被らないようにするためのPythonの仕様

たとえば、以下のようなクラスを定義すると、 __init__は自動で呼ばれます。

class User:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def greet(self):
        print(f"こんにちは、{self.name}さん")

user = User("太郎")
user.greet()

上記を実行すると、次のような出力が得られます。

出力結果：

このように、 __init__があることで、インスタンス生成時に必要な初期設定を自動で行えるようになります。

メソッド・インスタンス変数の操作

インスタンス変数は、オブジェクトごとに異なる値を保持できる変数です。クラス内で定義されたメソッド（関数）からselfを使ってアクセス・変更することができます。

    class Car:
        def __init__(self, brand):
            self.brand = brand

        def drive(self):
            print(f"{self.brand} is driving.")

    my_car = Car("Toyota")
    my_car.drive()

出力結果：

上記の例では、 greet()メソッドから self.nameにアクセスしています。インスタンスを作成して greet()を呼び出すと、そのインスタンスのname属性を元にメッセージが表示されます。

このように、クラスは「構造」と「振る舞い」を一体として設計でき、スケーラブルで保守しやすいコードを生み出す基礎となります。

実例で理解するクラスの使い方

ここでは実務に近い形でクラスを設計し、オブジェクトの生成からメソッドの呼び出しまでの流れを体験的に理解していきます。

実務を想定したクラス設計例

たとえば「社員」を管理するシステムを作る場合、クラスを使って社員の情報と動作を一つにまとめることができます。

class Employee:
    def __init__(self, name, position):
        self.name = name
        self.position = position

    def show_info(self):
        print(f"Name: {self.name}, Position: {self.position}")

属性（変数）と振る舞い（関数）を整理する

クラスの中には「属性（＝データ）」と「メソッド（＝処理）」を定義します。この整理ができていれば、オブジェクト指向はそれほど難しくありません。

• 属性（変数）: name, position などの情報
• 振る舞い（関数）: show_info などの操作

呼び出しから処理までの流れを追う

オブジェクトを生成し、メソッドを実行することで、クラスに書かれた処理が動き出します。

emp1 = Employee("山田太郎", "営業")
emp1.show_info()
# 出力: Name: 山田太郎, Position: 営業

このように、定義されたクラスを元にして、必要な個体（オブジェクト）を作り、それぞれのメソッドを使って操作できます。

クラス設計でよくある失敗と対策

クラスは強力な構造ですが、間違った使い方をすると逆にコードを複雑にしてしまいます。この章では、初学者が陥りやすい失敗パターンとその防止策を解説します。

クラスが不要な場面での濫用

すべてをクラスで書こうとすると、逆に読みにくくなります。処理が単純で状態を持たない場合は、関数だけで完結すべきです。

class HelloWorld:
    def say_hello(self):
        print("Hello")

hello = HelloWorld()
hello.say_hello()

出力: Hello

→ このような処理はクラス化する必要がなく、以下のように関数で十分です。

def say_hello():
    print("Hello")

say_hello()

出力: Hello

インスタンス変数の誤用パターン

インスタンス変数は「オブジェクト固有の状態」を持たせるために使います。共通値や毎回変わらないものをむやみに設定するのは避けるべきです。

class User:
    def __init__(self):
        self.tax_rate = 0.1 # 本来は定数にするべき

    def calc_tax(self, price):
        return price * self.tax_rate

user = User()
print(user.calc_tax(1000))

出力: 100.0

→ 毎回同じ値を使うのであれば、クラス変数やモジュール定数にすべきです。

class User:
    TAX_RATE = 0.1

    def calc_tax(self, price):
        return price * self.TAX_RATE

user = User()
print(user.calc_tax(1000))

出力: 100.0

初学者が混乱する「self」の本質的な理解

Pythonでは、クラス内のメソッドは第一引数に「self」を取ります。これは「自分自身のインスタンス」を指す特別な引数です。

class Person:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def greet(self):
        print(f"こんにちは、{self.name}さん")

person = Person("ビープロ")
person.greet()

出力: こんにちは、ビープロさん

→ selfは「インスタンス変数へアクセスするための窓口」であり、省略も変更もできません。

まとめ｜クラス設計は目的から逆算する

クラスは強力な仕組みですが、使えば正解というわけではありません。処理が簡潔にまとまり、かつ「状態を持つ必要がある」場面で初めて威力を発揮します。

無理にクラスを使ってしまうと、かえって可読性が下がり、保守性も悪化します。まずは関数ベースで考え、処理やデータが複雑になってきたタイミングで「設計図」としてのクラスの出番がやってきます。

次回は継承やポリモーフィズムといった、オブジェクト指向の発展的な使い方へと進みます。

この記事を読んだら、次は「【Pythonの基礎知識】よく使う内蔵関数のまとめ」の使い方に進むのがおすすめです。

Beエンジニア

【Pythonの基礎知識】よく使う内蔵関数のまとめ

https://www.pmi-sfbac.org/python-basic-10-builtins

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