13. diel - Statika v Pythone druhýkrát - Statické a triedne metódy

V tomto tutoriále objektovo orientovaného programovania v Pythone budeme pokračovať v práci so statikou. Vysvetlíme si statické a triedne metódy.

Statické metódy

Statické metódy sa podobne ako triedne premenné volajú na triede. Ide najmä o pomocné metódy, ktoré potrebujeme často používať a neoplatí sa nám kvôli nim tvoriť inštanciu.

Pozrime sa opäť na reálny príklad. Pri registrácii nového používateľa potrebujeme poznať minimálnu dĺžku hesla ešte pred jeho vytvorením. Bolo by tiež dobré, keby sme mohli pred jeho vytvorením aj heslo skontrolovať, či má správnu dĺžku, neobsahuje diakritiku, je v ňom aspoň jedno číslo a podobne. Za týmto účelom si vytvoríme pomocnú statickú metódu zvaliduj_heslo(), ktorú si zavoláme na triede Uzivatel:

Pozor! Kvôli tomu, že je metóda zvaliduj_heslo() statická, nemôžeme v nej pristupovať k žiadnym inštančným premenným. Tieto premenné totiž neexistujú v kontexte triedy, ale inštancie. Pýtať sa napríklad na jmeno by v našej metóde nemalo zmysel!

Dekorátor @staticmethod

Zhrňme si znalosti, ktoré sme zatiaľ získali a povedzme si niekoľko detailov k použitému dekorátoru. Dekorátor @staticmethod sa v Pythone používa na označenie metódy triedy, ktorá nevyžaduje referenciu na konkrétnu inštanciu triedy (self) ani na samotnú triedu (cls - viac si povieme za chvíľu). Inými slovami, statická metóda pracuje nezávisle od inštancií triedy a jej správanie sa nemení na základe stavu inštancie alebo triedy.

Dekorátory v Pythone predstavujú spôsob, ako modifikovať alebo rozširovať funkčnosť funkcií alebo tried bez nutnosti meniť ich pôvodný kód. Okrem užívateľsky definovaných dekorátorov Python ponúka aj rad vstavaných dekorátorov, ktoré uľahčujú bežné úlohy v objektovo orientovanom programovaní, napríklad prácu s triednymi alebo statickými metódami. O dekorátoroch si podrobne povieme neskôr v kurze.

Hlavné výhody použitia @staticmethod:

• zrejmosť - keď vidíme v kóde dekorátor @staticmethod, je jasné, že táto metóda nezávisí od stavu inštancie ani triedy,
• výkon - pretože @staticmethod nevyžaduje odovzdanie self alebo cls, býva volanie tejto metódy o niečo rýchlejšie.

Kedy @staticmethod používame

Statickú metódu teda použijeme, keď:

• metóda nevyžaduje prístup k žiadnym atribútom alebo metódam triedy,
• metóda nevyžaduje zmenu v triede alebo jej inštanciách,
• máme logickú funkciu, ktorá by sa vhodne hodila do triedy (napr. kvôli organizácii kódu), ale nevyužíva konkrétne vlastnosti triedy.

Ukážme si príklad. Majme triedu Geometrie, ktorá bude obsahovať niekoľko statických metód spojených s geometrickými výpočtami:

Vo výstupe konzoly uvidíme:

Prečo vôbec @staticmethod používame

V Pythone je síce technicky možné definovať metódy vo vnútri triedy bez použitia @staticmethod dekorátora, ale na jeho použitie máme niekoľko pádnych argumentov:

• zrejmosť - Už sme si povedali, že dekorátor @staticmethod jasne hovorí, že metóda nemá prístup k inštančným ani triednym atribútom/metódam. Keď tento dekorátor iní vývojári vidia, okamžite vedia, čo od tej metódy môžu očakávať.
• organizácie a design - Použitie @staticmethod nám pomáha pri organizácii kódu.
• rozšíriteľnosť - Ak sa neskôr rozhodneme, že chceme pridať nejaké triedne alebo inštančné atribúty/metódy, ktoré by mohli interagovať s našimi statickými metódami, je oveľa jednoduchšie a čistejšie mať už štruktúru, ktorá rozlišuje medzi statickými a ne-statickými metódami.
• odovzdanie self a cls - Keď definujeme metódu v triede bez @staticmethod, prvý argument je automaticky považovaný za referenciu na inštanciu (self) alebo na triedu (cls), ak je to triedna metóda (o tých si povieme za chvíľu). Ľahko tak narazíme na problémy s nesprávnym počtom argumentov pri volaní funkcie:

Vo výstupe konzoly uvidíme:

Dekorátor @staticmethod teda umožňuje metódu volať ako cez triedu, tak cez inštanciu bez toho, aby bolo nutné dodávať self:

Skrátka, aj keď je možné vytvárať "statické" metódy v Pythone bez použitia @staticmethod, dekorátor nám poskytuje oveľa väčšiu flexibilitu, čitateľnosť a robustnosť pri práci s triedami.

Utility (helper) triedy

Keď sa zamyslíme nad tým, čo sme si doteraz povedali, vyplýva nám jedno zaujímavé zistenie. Python nám umožňuje vytvárať akési kontajnery (obvykle súvisiacich) metód, združených v jednej triede. Takéto triede sa hovorí utility trieda (alebo tiež helper trieda). Ich hlavnou funkciou je usporiadať súbor súvisiacich funkcií do jednej logickej jednotky, čo nám pomáha k lepšej organizácii kódu a lepšej čitateľnosti. Za príklad nám poslúži naša trieda Geometrie, avšak bez dekorátora @staticmethod as upraveným názvom GeometrieUtilities popisujúcim jej účel:

Týmto spôsobom si teda vieme vytvoriť kontajner metód, ktoré sú na prvý pohľad statické a treba len pamätať na to, že taká utility trieda neslúži na vytváranie inštancií, ale skôr ako sada nástrojov, alebo priamo knižnica. Hoci neexistuje pevná konvencia pre pomenovanie tohto typu tried, odporúčame v názve zohľadniť ich podstatu. Tak, ako sme urobili v našom príklade s triedou GeometrieUtilities. Mnoho štandardných knižníc v Pythone obsahuje moduly, ktoré v podstate fungujú ako utility triedy, pretože poskytujú sady funkcií či metód bez potreby vytvárať inštancie.

Pozor! Utility triedy neinštancujeme. Volanie metódy utility triedy z jej inštancie spôsobí chybu.

Triedne metódy

Python obsahuje okrem statických aj triedne metódy. A tu sa konečne dostávame k onomu tajomnému cls Prvý parameter triednej metódy vždy obsahuje odkaz na triedu a podľa konvencií sa pomenováva cls. Za pomoci tohto parametra potom voláme triedne premenné, podobne ako so self. Triedne metódy pracujú s triednymi premennými a nie s inštančnými premennými. Označujeme ich pomocou dekorátora @classmethod. Triedne metódy sa hodia v tom prípade, že budeme triedu dediť a chceme mať v potomkovi inú hodnotu triedneho atribútu. Inak je lepšie použiť statickú metódu. Najlepšie bude, keď si ukážeme príklad:

V konzole uvidíme:

V našom príklade voláme triednu metódu vrat_hodnotu() na potomkovi. Metóda nám vráti hodnotu atribútu hodnota z triedy Potomek, nie z triedy Rodic. Ale pozor, staticka_metoda() nemá žiadny prístup k triednym atribútom, takže nezáleží na tom, či je volaná z rodiča či potomka – vždy bude vracať rovnaký výstup.

Rozdiely medzi triednymi a statickými metódami

Pozrime sa stručný prehľad rozdielov medzi triednymi a statickými metódami:

1. Dekorátor:

• Triedna metóda používa dekorátor @classmethod.
• Statická metóda používa dekorátor @staticmethod.

2. Prvý parameter:

• Triedna metóda - prvým parametrom je vždy odkaz na triedu, obvykle pomenovaný cls.
• Statická metóda - nemá žiadny špeciálny prvý parameter. Chová sa ako bežná funkcia, ktorá je iba definovaná vo vnútri triedy.

3. Dedičnosť:

• Triedna metóda - pokiaľ je trieda dedená, triedna metóda v potomkoch bude pracovať s triednymi atribútmi daného potomka,
• Statická metóda - je nezávislá od dedenia. Či je volaná z rodičovskej triedy alebo z potomka, chová sa vždy rovnako.

4. Použitie:

• Triedna metóda - je užitočná, keď potrebujeme pracovať s triednymi atribútmi alebo keď chceme, aby metóda bola upraviteľná v dedených triedach.
• Statická metóda - je vhodná, keď potrebujeme vykonať nejakú operáciu, ktorá súvisí s triedou, ale nevyžaduje si prístup k jej atribútom. Je to v podstate funkcia, ktorá nesúvisí s konkrétnou inštanciou triedy.

Upravme si na záver triedu Uzivatel, ktorá nás sprevádza od začiatku témy statiky:

V príklade máme metódy:

• zvaliduj_heslo() - statická metóda a je možné ju volať aj cez inštanciu, ale jej logika závisí iba na konkrétnej triede Uzivatel, nie na tom, aká inštancia (bežný užívateľ alebo VIP) ju volá.
• informace_o_hesle() - triedna metóda v triede VIPUzivatel a keď ju voláme cez inštanciu, vracia informácie špecifické pre triedu tej inštancie (VIPUzivatel v našom prípade).
• je_heslo_validni() - metóda inštancie, ktorá využíva statickú metódu zvaliduj_heslo(). Demonštruje, ako metóda inštancie dokáže využívať statické aj triedne metódy.

To je pre túto lekciu všetko.

V nasledujúcom cvičení, Riešené úlohy k 12.-15. lekciu OOP v Pythone, si precvičíme nadobudnuté skúsenosti z predchádzajúcich lekcií.

 

Mal si s čímkoľvek problém? Stiahni si vzorovú aplikáciu nižšie a porovnaj ju so svojím projektom, chybu tak ľahko nájdeš.