Triedy a pokročilé aspekty Pythonu
Osnova
▶ Triedy
▶ Tvorba nových tried
▶ Magické metódy
▶ Dedičnosť
▶ List comprehensions
▶ Pokročilé používanie funkcií
▶ Funkcie s ľubovoľným počtom argumentov
▶ Docstring
▶ *args a **kwargs
▶ Moduly a balíčky
Trieda a typ
Pre Python sú slová trieda a typ viac-menej ekvivalentné pojmy.
▶ 1 je z triedy/typu int
▶ [1,2] je z triedy/typu list
Konkrétne realizácie (inštancie) triedy sú objekty.
(Pre Python sú slová objekt a inštancia viac-menej ekvivalentné
pojmy.)
Trieda je teda nejaký vzor pre objekt - určuje ako sa objekt chová.
Napr.:
▶ operátor + je definovaný pre oba typy int a list, ale chová sa
inak
Trieda
Trieda teda určuje chovanie objektu:
▶ chovanie operátorov
▶ definuje metódy
▶ definuje asociované dáta
Vlastné triedy
Python vám dovoľuje vytvoriť si vlastné triedy:
class Vector:
x = 4
y = 3
def scale(self, scalar):
self.x = self.x * scalar
self.y = self.y * scalar
v = Vector()
print(v.x, v.y) # 4 3
v.scale(2)
print(v.x, v.y) # 8 6
Čo je vlastne metóda?
Metóda je funkcia, ktorá je asociovaná k triede.
Metódu je možné zavolať dvoma spôsobmi:
str.replace('A D C', 'D', 'B')
alebo
'A D C' .replace('D', 'B')
Druhý spôsob vidíte častejšie.
Metóda je teda funkcia, ktorej ako prvý argument dáme objekt, pre
ktorý je metóda definovaná.
Inicializácia triedy
Na inicializáciu je špeciálna metóda __init__.
class Vector:
def __init__(self, x, y):
self.x = x
self.y = y
v = Vector(1.0, 3.0)
print(v.x, v.y) # 1.0 3.0
Magic methods (Dunder methods)
Iné tzv. magické metódy existujú pre rôzne aplikácie, najčastejšie
pre definíciu chovania operátorov a základných funkcií (len,
str,. . . ) – Kompletný zoznam.
Sčítanie vektorov:
class Vector:
def __init__(self, x, y):
...
def __add__(self, other):
x_new = self.x + other.x
y_new = self.y + other.y
return Vector(x_new, y_new)
v1 = Vector(1.0, 3.0)
v2 = Vector(-1.0, 3.0)
v3 = v1 + v2
print(v3.x, v3.y) # 0.0 6.0
Cvičenie 1
Naša trieda Vector má implementovanú metódu scale, ktorá
vynásobí jednotlivé komponenty daného vektora argumentom
scalar.
class Vector:
...
def scale(self, scalar):
self.x = self.x * scalar
self.y = self.y * scalar
v = Vector(1, 3)
Nahraďte túto metódu magickou metódou __mul__ (nápoveda tu)
tak, aby sme namiesto
v.scale(2)
mohli písať
v * 2
Čo keď chcem vytvoriť novú triedu VectorQuantity? Určite zdieľa
veľa funkcionality s Vector, ale predsa nebudem kopírovať kód. . .
Dedičnosť
Dedičnosť (inheritance) označuje, že novú triedu nevytvárame z nuly,
ale využijeme už existujúcu triedu.
class VectorQuantity(Vector):
unit = 'm/s'
v = VectorQuantity(2, 5)
print(v.x, v.y) # 2 5
print(v.unit) # m/s
V tomto prípade je:
▶ Vector tzv. parent class
▶ VectorQuantity tzv. child class.
Inicializácia pri dedení
class VectorQuantity(Vector):
def __init__(self, x, y, unit):
Vector.__init__(self, x, y) # inicializácia rodiča
self.unit = unit
v = VectorQuantity(2, 5, 'm/s')
print(v.x, v.y) # 2 5
print(v.unit) # m/s
Cvičenie 2
Vytvorte triedu Particle, ktorá bude mať atribút mass. Potom
vytvorte triedu ChargedParticle, ktorá podedí z Particle, a
bude mať navyše atribút charge. Otestujte, že triedy je možné
takto použiť:
p = Particle(1.67e-27)
print(p.mass) # 1.67e-27
cp = ChargedParticle(1.67e-27, 1.6e-19)
print(cp.charge) # 1.6e-19
print(cp.mass) # 1.67e-27
Funkcia dir
Vypíše čo objekt obsahuje (metódy, dáta):
v = Vector(1, 2)
print(dir(v))
Výhody tried
▶ Modulárnosť: Triedy umožňujú programátorom rozdeliť
program do menších a zrozumiteľnejších častí. To uľahčuje
údržbu kódu a jeho rozšíriteľnosť.
▶ Opätovné použitie: Triedy umožňujú programátorom znovu
použiť kód, ktorý bol už vytvorený a overený v inom kontexte.
To ušetrí čas a úsilie a znižuje riziko chýb.
▶ Abstrakcia: Triedy umožňujú abstrakciu zložitých systémov a
návrh programu na vyššej úrovni. To umožňuje programátorom
sústrediť sa na funkčnosť programu a nezaoberať sa podrobne
jeho vnútornou implementáciou.
▶ Zapuzdrenie: Triedy umožňujú programátorom skryť
podrobnosti o svojom kóde a vytvoriť tak zložitý systém, ktorý
je jednoduchý na použitie a zrozumiteľný.
Nevýhody tried
▶ Komplexnosť: Triedy môžu byť veľmi zložité a ťažké na
pochopenie, ak sa používajú neefektívne. Programátori musia
starostlivo navrhovať triedy, aby boli jednoduché na použitie a
zrozumiteľné.
▶ Výkon: Používanie tried môže viesť k zníženiu výkonu, pretože
triedy musia byť inicializované a triedy musia byť prechádzané
cez viacero funkcií.
Moduly a balíčky
▶ Modul v Pythone je jednoduchý textový súbor s Pythoním
kódom a príponou .py
▶ Modul je možné importovať pomocou kľúčového slova import:
import názov_súboru_bez_koncovky
▶ Balíček je kolekcia modulov.
Ako organizovať balíček a viac o moduloch v dokumentácií Pythonu.
Cvičenie 3
Skopírujte triedu Particle, ktorú ste vytvorili v predchádzajúcom
cvičení, a vložte ju do nového pythonieho modulu particle.py.
Overte, že sa dá Particle importovať a použiť:
from particle import Particle
p = Particle(5e-27)
print(p.mass)
List comprehensions
Namiesto:
lst = []
for i in range(10):
lst.append(i**2)
je možné v Pythone napísať:
lst = [ i**2 for i in range(10) ]
Pre matematikov:
L = {i2
|i ∈ Z, 0 ≤ i < 10}
List comprehensions
Namiesto:
lst = []
for i in range(10):
if i % 2 == 0:
lst.append(i**2)
je možné použiť:
lst = [ i**2 for i in range(10) if i % 2 == 0 ]
Funkcia help
Ak chcete dokumentáciu a nechcete chodiť na internet:
help(len)
V interaktívnych Pythonoch (IPython, Jupyter Notebook) je
skratka:
?len
alebo
len?
Docstring
Ak chcete mať definovaný help a vlastných funkciách:
def is_prime(x):
"""Determines whether a number is a prime number.
- Input: `x` - a positive integer.
- Output: `True` or `False`.
"""
if x == 1:
return False
for i in range(2, x):
if x % i == 0:
return False
return True
Reťazcu na začiatku funkcie sa hovorí docstring (documentation
string).
help(is_prime)
Argumenty funkcie vo väčšom detaile
K argumentu vo funkcií je možné pristúpiť aj pomocou jeho mena:
def f(a, b):
print(a, b)
f(1, 2) # 1 2
f(a=1, b=2) # 1 2
f(b=1, a=2) # 2 1
Argumenty funkcie vo väčšom detaile
Je možné prednastaviť hodnoty argumentov:
def f(a, b=1):
print(a, b)
f(3) # 3 1
f(1,2) # 1 2
f(a=4) # 4 1
Toto ale nefunguje (SyntaxError):
def f(a=1, b):
...
Prednastavené argumenty musia byť za neprednastavenými
argumentmi.
*args
Funkcie je možné definovať tak, aby brali ľubovoľný počet
parametrov:
def print_args(*args):
print(type(args)) # tuple
for i in args:
print(i)
args je len (štandardne zaužívaný) názov premennej, iný názov
funguje tiež:
def print_args(*x):
...
*args
Je možné to kombinovať s inými argumentami:
def add_to_list(lst, *args):
for i in args:
lst.append(i)
print(lst)
x = [1, 2]
add_to_list(x, 3, 4, 'abc')
**kwargs
Ak chcete variabilný počet argumentov, ale zároveň vám záleží na
mene argumentu:
def print_kwargs(**kwargs):
print(type(kwargs)) # dict
for i in kwargs:
print(i, kwargs[i])
print_kwargs(a=1, b=2, c='red')
Znovu, kwargs je len (štandardne zaužívaný) názov premennej, iný
názov funguje tiež. kwargs je skratka pre keyword arguments.
**kwargs
Znova, rôzne kombinácie sú dovolené:
def print_all(a, *args, b=33, **kwargs):
print(a, b)
for i in args:
print('arg:', i)
for k, v in kwargs.items():
print('kwarg', k, v)
print_all(1, 2, 3, 4, c='red', d=5)