Hodnoty a objekty

Než se dnes začneme zabývat třídami, podíváme na objekty.

Co pro programátory znamená slovo objekt?

V Pythonu je to jednoduché – každá hodnota (tj. něco, co můžeš uložit do proměnné, vrátit z funkce nebo třeba seznamu) je objekt. Některé jazyky (třeba Javascript, C++ nebo Java) mají i jiné hodnoty než objekty, v některých jazycích (třeba v C) objekty vůbec nejsou. Ale v Pythonu mezi hodnotou a objektem není rozdíl, takže je na jednu stranu trošku složitější pochopit, v čem spočívá ta „objektovitost“, ale na druhou stranu to zase není potřeba vědět do detailů.

Základní vlastnost objektů je to, že obsahují jak data (informace), tak chování – instrukce nebo metody, které s těmito daty pracují. Třeba řetězce v Pythonu obsahují jak informace (nějakou sekvenci znaků), tak užitečné metody jako upper nebo count. Kdyby řetězce nebyly objekty, musel by Python mít spoustu funkcí jako str_upper a str_count. Objekty spojují data a funkčnost dohromady.

Třídy

Data každého objektu jsou specifická pro konkrétní objekt ("abc" obsahuje jiné znaky než "def"), ale funkčnost – metody – bývají společné pro všechny objekty daného typu. Třeba řetězcová metoda count() by se dala napsat zhruba jako:

def count(retezec, znak):
    pocet = 0
    for c in retezec:
        if c == znak:
            pocet = pocet + 1
    return pocet

… a ačkoliv bude vracet jinou hodnotu pro každý řetězec, samotná metoda je společná všem řetězcům.

Tohle společné chování určuje typ (angl. type) neboli třída (angl. class) daného objektu.

Typ objektu umí zjistit funkce type:

>>> type(0)
<class 'int'>
>>> type(True)
<class 'bool'>
>>> type("abc")
<class 'str'>
>>> with open('soubor.txt') as f:
...     type(f)
... 
<class '_io.TextIOWrapper'>

A co je to třída? Třída je popis, jak se všechny objekty daného typu chovají.

Nepříklad <class 'int'> obsahuje všechno, co je společné všem celým číslům: že (a jak) se dají sčítat, jak takové číslo převést na řetězec, a tak dále.

Tvoření objektů třídy

Většinu tříd jde navíc v Pythonu zavolat, jako by to byly funkce, a vytvořit tak nový objekt dané třídy:

>>> trida_retezcu = type("abc")
>>> trida_retezcu(8)
'8'
>>> trida_retezcu([1, 2, 3])
'[1, 2, 3]'

Chová se to stejně jako funkce str! Není to podivné?

Tady se musím omluvit: materiály k funkcím tak trochu lhaly. Funkce str, int, float apod. totiž vůbec nejsou funkce – jsou to právě třídy:

>>> str
<class 'str'>
>>> type('abcdefgh')
<class 'str'>
>>> type('abcdefgh') == str
True

Ale dají se, podobně jako funkce, zavolat. Třída tedy většinou obsahuje nejen „popis“, jak se její objekty budou chovat, ale „umí“ takové objekty i vytvořit.

Vlastní třídy

A proč najednou tolik informací o třídách? Protože si zkusíme napsat třídu vlastní.

Třídu se hodí napsat, když plánuješ mít ve svém programu více objektů s podobným chováním. Třeba karetní hra by mohla mít třídu Karta, webová aplikace třídu Uživatel, tabulkový procesor třídu Řádek.

My teď potřebujeme napsat program o zvířátkách. Začni tím, že napíšeš třídu pro koťátka, která umí mňoukat:

class Kotatko:
    def zamnoukej(self):
        print("Mňau!")

Tak jako se funkce definují pomocí def, třídy mají klíčové slovo class, za které napíšeš jméno třídy, dvojtečku, a pak odsazené tělo třídy. Podobně jako def dělá funkce, příkaz class udělá novou třídu a přiřadí ji do proměnné daného jména (tady Kotatko).

Třídy se tradičně pojmenovávají s velkým písmenem, aby se nepletly s „normálními“ hodnotami.

V těle třídy můžeš definovat metody, které vypadají úplně jako funkce – jen mají první argument self. Ten si ale vysvětlíme později – napřed zkus zamňoukat:

# Vytvoření konkrétního objektu
kotatko = Kotatko()

# Volání metody
kotatko.zamnoukej()

V tomhle příkladu si dej pozor na velikost písmen: Kotatko (s velkým K) je třída – popis, jak se koťátka chovají. kotatko (s malým k) je konkrétní objekt (angl. instance) té třídy: hodnota, která reprezentuje kotě.

Když definuješ třídu (pomocí bloku class), neznamená to, že v tvém programu je nějaké koťátko. Třída je jako recept nebo manuál: když si koupíš kuchařku, teoreticky víš jak upéct dort, jak bude takový dort vypadat a že se dá sníst. Ale neznamená to ještě, že máš samotný dort!

Konkrétní objekt vytvoříš až zavoláním třídy. Stejně jako zavoláním str() se dá vytvořit konkrétní řetězec, volání Kotatko() vytvoří nový objekt tvé třídy, který už můžeš použít.

Mňau!

Atributy

Objekty vytvořené z „vlastních“ tříd mají funkčnost, kterou třídy jako str nedovolují: možnost si definovat vlastní atributy – informace, které se uloží k danému objektu. Atributy se označují tak, že mezi hodnotu a jméno jejího atributu napíšeš tečku:

mourek = Kotatko()
mourek.jmeno = 'Mourek'

micka = Kotatko()
micka.jmeno = 'Micka'

print(mourek.jmeno)
print(micka.jmeno)

Na začátku jsme si řekly, že objekty spojují chování a data. Chování je definováno ve třídě; data se schovávají právě v atributech jednotlivých objektů. Podle atributů jako jmeno pak můžeš jednotlivá koťátka rozlišit.

micka = Kotatko()
micka.zamnoukej = 12345
micka.zamnoukej()

Parametr self

Teď se na chvíli vraťme k metodám. Konkrétně k parametru self.

Každá metoda má přístup ke konkrétnímu objektu, na kterém pracuje, právě přes argument self. Teď, když máš koťátka pojmenovaná, můžeš v metodě zamnoukej použít self a dostat se tak ke jménu daného koťátka:

class Kotatko:
    def zamnoukej(self):
        print("{}: Mňau!".format(self.jmeno))

mourek = Kotatko()
mourek.jmeno = 'Mourek'

micka = Kotatko()
micka.jmeno = 'Micka'

mourek.zamnoukej()
micka.zamnoukej()

Co se stalo? Výraz mourek.zamnoukej udělá metodu. Když ji pak zavoláš (mourek.zamnoukej()), objekt mourek se předá funkci zamnoukej jako první argument, self .

Může taková metoda brát víc než jeden argument? Může – self se doplní na první místo, zbytek argumentů se vezme z volání metody. Třeba:

class Kotatko:
    def zamnoukej(self):
        print("{}: Mňau!".format(self.jmeno))

    def snez(self, jidlo):
        print("{}: Mňau mňau! {} mi chutná!".format(self.jmeno, jidlo))

mourek = Kotatko()
mourek.jmeno = 'Mourek'
mourek.snez('ryba')

Metoda __init__

Co se stane, když koťátku zapomeneš nastavit jméno? Metoda zamnoukej přestane fungovat:

>>> micka = Kotatko()
>>> micka.snez('ryba')
Traceback (most recent call last):
  File "<zvirata.py>", line 5, in snez
AttributeError: 'Kotatko' object has no attribute 'jmeno'

Bylo by dobré zařídit, aby každé kotě muselo být pojmenované. Jméno potřebujeme předat už při vytváření kotěte, nějak takhle:

mourek = Kotatko(jmeno='Mourek')

To ale zatím nefunguje; musíme na to třídu Kotatko připravit.

Použijeme na to speciální metodu, která se jmenuje __init__ (dvě podtržítka, init, dvě podtržítka). To „opodtržítkování“ znamená, že tohle jméno je nějakým způsobem speciální. Metodu __init__ totiž Python zavolá automaticky, když vytvoří nový objekt. Dá se tedy napsat:

class Kotatko:
    def __init__(self, jmeno):
        self.jmeno = jmeno

    def zamnoukej(self):
        print("{}: Mňau!".format(self.jmeno))

    def snez(self, jidlo):
        print("{}: Mňau mňau! {} mi chutná!".format(self.jmeno, jidlo))

mourek = Kotatko('Mourek')
mourek.zamnoukej()

A teď už není možnost, jak vytvořit koťátko beze jména. Metoda zamnoukej bude vždycky fungovat.

Podobných „opodtržítkovaných“ (speciálních) metod je víc. Třeba __str__ se volá, když je potřeba převést objekt na řetězec:

class Kotatko:
    def __init__(self, jmeno):
        self.jmeno = jmeno

    def __str__(self):
        return '<Kotatko jmenem {}>'.format(self.jmeno)

    def zamnoukej(self):
        print("{}: Mňau!".format(self.jmeno))

    def snez(self, jidlo):
        print("{}: Mňau mňau! {} mi chutná!".format(self.jmeno, jidlo))

mourek = Kotatko('Mourek')
print(mourek)

A to je o samotných třídách zatím vše. Příště si něco řekneme o dědičnosti. A o štěňátkách.