Pythonにおけるクラス定義の基本的な構文と活用方法8選

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

    def drive(self):
        print(f"{self.color}色の{self.brand}が走ります。")

# クラスの使用例
my_car = Car("赤", "トヨタ")
my_car.drive()

class Car:
    total_cars = 0  # クラス変数

    def __init__(self, color, brand):
        self.color = color  # インスタンス変数
        self.brand = brand  # インスタンス変数
        Car.total_cars += 1  # クラス変数の更新

    def get_info(self):
        return f"{self.color}色の{self.brand}です。"

# クラスの使用例
car1 = Car("赤", "トヨタ")
car2 = Car("青", "ホンダ")

print(car1.get_info())
print(car2.get_info())
print(f"総車両数: {Car.total_cars}")

赤色のトヨタです。
青色のホンダです。
総車両数: 2

class Book:
    def __init__(self, title, author, pages):
        self.title = title
        self.author = author
        self.pages = pages
        print(f"「{self.title}」が図書館に追加されました！")

# クラスの使用例
novel = Book("銀河鉄道の夜", "宮沢賢治", 128)
textbook = Book("Pythonプログラミング入門", "山田太郎", 300)

「銀河鉄道の夜」が図書館に追加されました！
「Pythonプログラミング入門」が図書館に追加されました！

class Cat:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.hunger = 50

    def meow(self):
        print(f"{self.name}:ニャー")

    def eat(self, food):
        self.hunger -= 10
        print(f"{self.name}が{food}を食べました。満腹度:{100-self.hunger}%")

# クラスの使用例
tama = Cat("タマ")
tama.meow()
tama.eat("魚")
tama.eat("ミルク")

タマ:ニャー
タマが魚を食べました。満腹度:60%
タマが魚を食べました。満腹度:70%

class Temperature:
    def __init__(self, celsius):
        self._celsius = celsius

    @property
    def celsius(self):
        return self._celsius

    @celsius.setter
    def celsius(self, value):
        if value < -273.15:
            raise ValueError("絶対零度より低い温度は存在しません。")
        self._celsius = value

    @property
    def fahrenheit(self):
        return (self.celsius * 9/5) + 32

# クラスの使用例
temp = Temperature(25)
print(f"セ氏{temp.celsius}度は華氏{temp.fahrenheit}度です。")

temp.celsius = 30
print(f"セ氏{temp.celsius}度は華氏{temp.fahrenheit}度です。")

try:
    temp.celsius = -300
except ValueError as e:
    print(f"エラー: {e}")

セ氏25度は華氏77.0度です。
セ氏30度は華氏86.0度です。
エラー: 絶対零度より低い温度は存在しません。

class MathHelper:
    PI = 3.14159

    @staticmethod
    def is_prime(n):
        if n < 2:
            return False
        for i in range(2, int(n**0.5) + 1):
            if n % i == 0:
                return False
        return True

    @classmethod
    def circle_area(cls, radius):
        return cls.PI * radius**2

# クラスの使用例
print(f"7は素数ですか？ {MathHelper.is_prime(7)}")
print(f"8は素数ですか？ {MathHelper.is_prime(8)}")
print(f"半径5の円の面積: {MathHelper.circle_area(5):.2f}")

7は素数ですか？ True
8は素数ですか？ False
半径5の円の面積: 78.54

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

    def speak(self):
        pass

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name}:ワン！"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name}:ニャー！"

# クラスの使用例
animals = [Dog("ポチ"), Cat("タマ"), Dog("ハチ")]

for animal in animals:
    print(animal.speak())

ポチ:ワン！
タマ:ニャー！
ハチ:ワン！

class Flyable:
    def fly(self):
        print(f"{self.__class__.__name__}が飛んでいます。")

class Swimmable:
    def swim(self):
        print(f"{self.__class__.__name__}が泳いでいます。")

class Duck(Flyable, Swimmable):
    pass

class Penguin(Swimmable):
    pass

# クラスの使用例
donald = Duck()
donald.fly()
donald.swim()

pingu = Penguin()
pingu.swim()

Duckが飛んでいます。
Duckが泳いでいます。
Penguinが泳いでいます。

from abc import ABC, abstractmethod

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

    @abstractmethod
    def perimeter(self):
        pass

class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def area(self):
        return self.width * self.height

    def perimeter(self):
        return 2 * (self.width + self.height)

# クラスの使用例
rect = Rectangle(5, 3)
print(f"長方形の面積: {rect.area()}")
print(f"長方形の周長: {rect.perimeter()}")

try:
    shape = Shape()
except TypeError as e:
    print(f"エラー: {e}")

長方形の面積: 15
長方形の周長: 16
エラー: Can't instantiate abstract class Shape with abstract methods area, perimeter

class LoggingMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        # 全てのメソッドにログ出力を追加
        for attr_name, attr_value in attrs.items():
            if callable(attr_value):
                attrs[attr_name] = cls.log_decorator(attr_value)
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)

    @staticmethod
    def log_decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            print(f"メソッド {func.__name__} が呼び出されました")
            result = func(*args, **kwargs)
            print(f"メソッド {func.__name__} が終了しました")
            return result
        return wrapper

class MyClass(metaclass=LoggingMeta):
    def method1(self):
        print("method1の処理")

    def method2(self):
        print("method2の処理")

# クラスの使用例
obj = MyClass()
obj.method1()
print("---")
obj.method2()

メソッド method1 が呼び出されました
method1の処理
メソッド method1 が終了しました
---
メソッド method2 が呼び出されました
method2の処理
メソッド method2 が終了しました

class BankAccount:
    def __init__(self, account_holder, initial_balance=0):
        self.account_holder = account_holder
        self.balance = initial_balance

    def deposit(self, amount):
        if amount > 0:
            self.balance += amount
            print(f"{amount}円が預け入れられました。新しい残高は{self.balance}円です。")
        else:
            print("無効な入金額です。正の数を入力してください。")

    def withdraw(self, amount):
        if 0 < amount <= self.balance:
            self.balance -= amount
            print(f"{amount}円が引き出されました。新しい残高は{self.balance}円です。")
        else:
            print("無効な引き出し額です。残高が不足しているか、正の数ではありません。")

# クラスの使用例
my_account = BankAccount("山田太郎", 10000)
my_account.deposit(5000)
my_account.withdraw(3000)

5000円が預け入れられました。新しい残高は15000円です。
3000円が引き出されました。新しい残高は12000円です。

class Employee:
    def __init__(self, name, salary):
        self._name = name
        self.__salary = salary

    def get_name(self):
        return self._name

    def _get_salary(self):
        return self.__salary

    def give_raise(self, amount):
        if amount > 0:
            self.__salary += amount
            print(f"{self._name}さんの給料が{amount}円上がりました。")
        else:
            print("昇給額は正の数でなければなりません。")

# クラスの使用例
emp = Employee("鈴木一郎", 300000)
print(f"従業員名: {emp.get_name()}")
emp.give_raise(50000)

# エラーを引き起こす
# print(emp.__salary)  # AttributeError
# print(emp._Employee__salary)  # 名前修飾によるアクセス（非推奨）

従業員名: 鈴木一郎
鈴木一郎さんの給料が50000円上がりました。

class FileManager:
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename

    def read_file(self):
        with open(self.filename, 'r') as file:
            return file.read()

    def write_file(self, content):
        with open(self.filename, 'w') as file:
            file.write(content)

class DataProcessor:
    def process_data(self, data):
        # データ処理のロジック
        return data.upper()

class ReportGenerator:
    def generate_report(self, data):
        # レポート生成のロジック
        return f"処理結果: {data}"

# クラスの使用例
file_manager = FileManager('data.txt')
processor = DataProcessor()
report_generator = ReportGenerator()

# ファイルから読み込み、処理し、レポートを生成
data = file_manager.read_file()
processed_data = processor.process_data(data)
report = report_generator.generate_report(processed_data)

print(report)
file_manager.write_file(report)

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

# クラスの使用例
person = Person("太郎")
print(person.age)  # AttributeError: 'Person' object has no attribute 'age'

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age  # age属性を追加

# クラスの使用例
person = Person("太郎", 30)
print(person.age)  # 正常に動作: 30

class Calculator:
    def add(x, y):  # selfが抜けている
        return x + y

# クラスの使用例
calc = Calculator()
result = calc.add(5, 3)  # TypeError: add() takes 2 positional arguments but 3 were given

class Calculator:
    def add(self, x, y):  # selfを追加
        return x + y

# クラスの使用例
calc = Calculator()
result = calc.add(5, 3)  # 正常に動作: 8
print(result)

def log_calls(cls):
    class LoggedClass(cls):
        def __getattribute__(self, name):
            attr = super().__getattribute__(name)
            if callable(attr):
                def wrapper(*args, **kwargs):
                    print(f"{cls.__name__}.{name}が呼び出されました")
                    return attr(*args, **kwargs)
                return wrapper
            return attr
    return LoggedClass

@log_calls
class Calculator:
    def add(self, x, y):
        return x + y

    def subtract(self, x, y):
        return x - y

# クラスの使用例
calc = Calculator()
result = calc.add(5, 3)
print(f"加算結果: {result}")
result = calc.subtract(10, 4)
print(f"減算結果: {result}")

Calculator.addが呼び出されました
加算結果: 8
Calculator.subtractが呼び出されました
減算結果: 6

class DatabaseConnection:
    def __init__(self, host, username, password):
        self.host = host
        self.username = username
        self.password = password
        self.connection = None

    def __enter__(self):
        print(f"{self.host}に接続しています...")
        self.connection = f"データベース接続: {self.host}"
        return self.connection

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print("データベース接続を閉じています...")
        self.connection = None

# クラスの使用例
with DatabaseConnection("localhost", "user", "password") as conn:
    print(f"接続成功: {conn}")
    print("データベース操作を実行中...")

print("with文の外: 接続は自動的に閉じられています")

localhostに接続しています...
接続成功: データベース接続: localhost
データベース操作を実行中...
データベース接続を閉じています...
with文の外: 接続は自動的に閉じられています

class Singleton:
    _instance = None

    def __new__(cls):
        if cls._instance is None:
            print("新しいインスタンスを作成します")
            cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance

    def __init__(self):
        self.value = None

    def set_value(self, value):
        self.value = value

    def get_value(self):
        return self.value

# クラスの使用例
s1 = Singleton()
s1.set_value(10)

s2 = Singleton()
print(f"s2の値: {s2.get_value()}")

s3 = Singleton()
print(f"s1, s2, s3は同じオブジェクトですか？ {s1 is s2 is s3}")

新しいインスタンスを作成します
s2の値: 10
s1, s2, s3は同じオブジェクトですか？ True

from abc import ABC, abstractmethod

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

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

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

class AnimalFactory:
    def create_animal(self, animal_type):
        if animal_type == "dog":
            return Dog()
        elif animal_type == "cat":
            return Cat()
        else:
            raise ValueError("不明な動物タイプです")

# クラスの使用例
factory = AnimalFactory()

dog = factory.create_animal("dog")
print(f"犬の鳴き声: {dog.speak()}")

cat = factory.create_animal("cat")
print(f"猫の鳴き声: {cat.speak()}")

try:
    factory.create_animal("elephant")
except ValueError as e:
    print(f"エラー: {e}")

犬の鳴き声: ワン！
猫の鳴き声: ニャー！
エラー: 不明な動物タイプです