17. diel - Abstraktné triedy v Pythone

V minulej lekcii, Najčastejšie chyby Python nováčikov - Vieš pomenovať objekty? , sme si ukázali najčastejšie chyby začiatočníkov v Pythone ohľadom pomenovania tried, metód a atribútov.

V nasledujúcom tutoriále objektového programovania v Pythone sa budeme zaoberať abstraktnými triedami. Vysvetlíme si ich účel aj praktické využitie.

Abstraktné triedy v Pythone

Povedzme, že robíme napríklad aplikáciu ZOO, kde máme niekoľko rôznych zvierat. Každé zviera má nejaké meno, váhu a má metódu na pohyb. Keďže budú tieto atribúty aj metóda na všetkých zvieratách, ponúka sa pripraviť spoločnú triedu predka.

Kód by potom vyzeral napríklad takto:

Dáva v tejto chvíli zmysel vytvoriť inštanciu triedy Zvire ? Ani veľmi nie, nie je vôbec jasné, čo by sa malo stať, keď zavoláme metódu na pohyb. Ešte horšie by to bolo s metódou, ktorá má niečo vracať.

Takej triede, ako je naša Zvire, sa hovorí abstraktná trieda. Je to trieda, pri ktorej nemá zmysel vytvoriť inštanciu, pretože sama nemá definované nejaké správanie. To má definovať až jej potomok. Je to z toho dôvodu, že je všeobecná. Zviera ale bude vždy konkrétne (teda nejaký potomok, napr. Delfin). Nikdy nebudeme chcieť ani potrebovať vytvoriť inštanciu triedy Zvire. Chceme tiež donútiť potomkov tejto triedy, aby si metódu pre pohyb implementovali po svojom - napríklad hrochy až na vzácne výnimky dané skôr okolnosťami nedokážu lietať:-D

Abstraktná trieda je trieda, ktorá obsahuje aspoň jednu abstraktnú metódu. Abstraktná metóda je metóda, ktorá má deklaráciu, ale neobsahuje implementáciu.

Tvorba abstraktnej triedy

Abstraktnú triedu vytvoríme tak, že zdedíme triedu ABC (skratka z Abstract Base Class). Trieda ABC sa nachádza v module abc. Na označenie metódy ako "abstraktné" v Pythone slúži dekorátor @abstractmethod. Použitím dekorátora zaistíme, že táto metóda musí byť predefinovaná (alebo, ako sa často hovorí, "prekrytá") v akejkoľvek konkrétnej (neabstraktnej) podtriede, ktorá dedí z abstraktnej triedy.

Nasledujúci kód spadne, pretože sa v ňom pokúšame vytvoriť inštanciu všeobecného zvieraťa:

Vo výstupe uvidíme chybovú hlášku:

Abstraktná metóda

Ako sme už povedali, abstraktná metóda síce má deklaráciu, ale neobsahuje implementáciu. Každú metódu, ktorú v abstraktnej triede označíme dekorátorom @abstractmethod, musíme predefinovať v akejkoľvek triede, ktorá z tejto abstraktnej triedy dedí. Pokiaľ túto metódu nepredefinujeme v triede potomka, Python vyhodí TypeError pri pokuse vytvoriť takú inštanciu:

Vo výstupe uvidíme chybovú hlášku:

Toto je jeden z hlavných účelov abstraktných tried - nútenie konkrétnych tried na implementáciu určitých metód. To zaručuje, že všetky triedy dediace z danej abstraktnej triedy budú mať rovnakú sadu metód, hoci ich implementácia sa môže líšiť.

Abstraktné triedy a metódy sú kľúčovým konceptom v objektovo orientovanom programovaní a umožňujú nám vytvárať robustnejší a lepšie organizovaný kód.

Vytvorme teraz inštanciu triedy Delfin, ktorá metódy preťažuje:

Abstraktná trieda ako rozhranie (interface)

V niektorých programovacích jazykoch, ako je napríklad Java alebo C#, sa abstraktné triedy, ktoré majú iba abstraktné metódy, nazývajú rozhranie (alebo interface). Tieto jazyky umožňujú triede dediť z jednej triedy a implementovať viac rozhrania.

V Pythone však takýto explicitný koncept rozhrania neexistuje. Namiesto toho Python podporuje viacnásobnú dedičnosť, čo znamená , že trieda môže dediť z viac ako jednej triedy. Vďaka tomu môžeme v Pythone použiť abstraktné triedy podobným spôsobom ako rozhranie v iných jazykoch:

V konzole potom uvidíme: V tomto príklade fungujú triedy Letajici a Plavajici ako rozhrania, ktoré definujú metódy letej() a plav(). Trieda Ptak implementuje rozhranie Letajici a trieda Delfin implementuje rozhranie Plavajici. Trieda LetajiciDelfin potom dedí z oboch týchto rozhraní a implementuje obe metódy.

Keď vytvoríme inštanciu triedy Ptak a LetajiciDelfin, obe tieto inštancie vedia volať metódu letej(). Inštancia triedy LetajiciDelfin vie volať aj metódu plav(), pretože dedí túto funkcionalitu z triedy Delfin.

Hoci Python nemá explicitný koncept rozhrania ako takých, tento prístup nám umožňuje využiť podobnú funkcionalitu a vytvárať kód, ktorý je dobre štruktúrovaný a ľahko rozšíriteľný.

Metód resolution order

Jednou z kľúčových vecí pri práci s abstraktnými triedami a preťažovaní metód je, že keď trieda dedí z viacerých tried a preťažuje metódu, je táto metóda preddefinovaná v súlade s poslednou triedou v zozname rodičovských tried. To je dôvod, prečo v našom príklade inštancie triedy LetajiciDelfin používa metódu letej() definovanú priamo v triede LetajiciDelfin, a nie tú, ktorá je definovaná v triede Ptak.

Tento koncept sa nazýva Method Resolution Order (MRO), alebo aj "riešenie poradia metód" vo výklade do slovenčiny. MRO v Pythone určuje poradie, v akom sa prehľadávajú rodičovské triedy pri hľadaní metódy, keď je táto metóda volaná na inštanciu triedy.

Predstavme si napríklad, že máme tri triedy - A, B a C - kde B dedí od A a C dedí od B. Ak by sme chceli vytvoriť objekt z triedy C a volať metódu, ktorú definujú všetky tri triedy, MRO určí, ktorá z týchto metód bude volaná.

V Pythone je MRO určený pravidlom zvaným C3 Linearization, alebo tiež "Lelouch's rule". Toto pravidlo určuje jednoznačné poradie tried v hierarchii dedenia, ktoré umožňuje Pythonu konzistentne a predvídateľne určovať, akú metódu použiť v prípade, že existuje viac možných implementácií rovnakej metódy v rôznych rodičovských triedach.

Poradie MRO

Ak chceme zistiť poradie MRO pre konkrétnu triedu v Pythone, použijeme vstavanú metódu mro():

V konzole potom uvidíme nasledujúci výstup:

Ako vidíme, Python vyhľadá metódy v triede Treti, potom v triede Druha a potom v triede Prvni. To znamená, že ak je metóda test() volaná na inštanciu triedy Treti, bude najprv hľadaná v triede Treti, potom v triede Druha a nakoniec v triede Prvni:

Vo výstupe uvidíme:

To je pre dnešnú lekciu všetko.

V budúcej lekcii, Najčastejšie chyby a dobré praktiky pre tvorbu metód v Python , si ukážeme najčastejšie chyby a dobré praktiky pre tvorbu metód v Pythone. Vyskúšame si aj návrhový vzor Method chaining.