【Python】第5章第12回：抽象クラスとインターフェース

本記事では、Pythonにおける「抽象クラス」と「インターフェース」の概念を詳しく解説します。これらを適切に利用することで、コードの再利用性や柔軟性を高めることが可能です。

0. 記事の概要

この記事を読むメリット

• 抽象クラスの基本を理解：継承を活用した設計ができるようになります。
• インターフェースの応用力を習得：複数クラスに共通の振る舞いを実現できます。
• 設計力の向上：高可読性かつ保守性の高いコードを書くスキルを身につけられます。

この記事で学べること

• 抽象クラスの定義と使い方
• Pythonでのインターフェースの実現方法
• 抽象クラスとインターフェースを活用した設計例

1. 抽象クラスとは？

1.1 定義

抽象クラスは、他のクラスが継承して具体的な実装を提供するための基底クラスです。抽象クラス自体は直接インスタンス化できません。

1.2 抽象クラスの特徴

• 共通の振る舞いを定義し、子クラスで具体的に実装させる
• abcモジュールを使用して定義
• 必ず1つ以上の抽象メソッドを含む

1.3 抽象クラスの実例

# 抽象クラスの例
from abc import ABC, abstractmethod

class Animal(ABC):
    @abstractmethod
    def speak(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return "ワンワン"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return "ニャーニャー"

# 使用例
dog = Dog()
print(dog.speak())  # 出力: ワンワン

動作解説

1. Animalクラスは抽象クラスであり、speakメソッドは未実装の抽象メソッドです。
2. 子クラスDogとCatで具体的に実装され、各動物固有の出力が得られます。

2. インターフェースの基礎

2.1 インターフェースとは？

インターフェースは、特定の振る舞いを実現するためのメソッドを定義した抽象クラスの一種です。複数のクラス間で共通の機能を実装する際に利用されます。

2.2 インターフェースの特徴

• すべてのメソッドが抽象メソッド
• 複数のクラスで共有可能
• Pythonでは抽象クラスを使って実現可能

2.3 インターフェースの実例

# インターフェースの例
from abc import ABC, abstractmethod

class Flyable(ABC):
    @abstractmethod
    def fly(self):
        pass

class Bird(Flyable):
    def fly(self):
        return "鳥が飛びます"

class Plane(Flyable):
    def fly(self):
        return "飛行機が飛びます"

# 使用例
bird = Bird()
plane = Plane()
print(bird.fly())  # 出力: 鳥が飛びます
print(plane.fly()) # 出力: 飛行機が飛びます

動作解説

1. Flyableインターフェースにはflyメソッドが定義されています。
2. BirdとPlaneクラスで実装され、異なる動作を提供します。

3. 抽象クラスとインターフェースの違い

3.1 主な違い

抽象クラス	インターフェース
一部の具体的な実装を含むことができる	すべてのメソッドが抽象メソッド
単一継承	複数継承が可能
コードの再利用に適している	特定の機能を複数クラスに提供

4. 練習問題

以下の課題に挑戦してみましょう。

1. 「Shape」という抽象クラスを作成し、areaメソッドを定義してください。
2. 「Flyable」というインターフェースを作成し、flyメソッドを定義してください。
3. それぞれを使った具体的なクラスを作成し、正しく動作することを確認してください。

5. 練習問題の解答と解説

問1〜2の解答例

# 抽象クラスとインターフェースの例
from abc import ABC, abstractmethod

class Shape(ABC):
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass

class Flyable(ABC):
    @abstractmethod
    def fly(self):
        pass

問3の解答例

# ShapeとFlyableを継承したクラス
class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

    def area(self):
        return 3.14 * self.radius ** 2

class Bird(Flyable):
    def fly(self):
        return "鳥が飛びます"

# 使用例
circle = Circle(5)
bird = Bird()
print(circle.area())  # 出力: 78.5
print(bird.fly())     # 出力: 鳥が飛びます

6. まとめ

抽象クラスとインターフェースは、Pythonのオブジェクト指向設計において非常に重要な役割を果たします。これらの違いと適切な使い分けを理解し、効果的なコードを作成しましょう。