オブジェクト指向の基本概念を理解しよう

学習の目標

本章では、以下の内容を学習します。

• オブジェクト指向プログラミングとは何かを理解する
• クラスとインスタンスの違いを身近な例で学ぶ
• オブジェクト指向を使うメリットを理解する
• Pythonでオブジェクト指向を使う準備をする

オブジェクト指向プログラミングとは

これまでの学習では、関数を使ってプログラムを整理する方法を学んできました。 関数を使うことで、同じ処理を何度も書かずに済むようになりましたね。

オブジェクト指向プログラミングは、関数をさらに発展させた考え方です。 データ（変数）と、そのデータを操作する処理（関数）をひとまとめにして管理する方法のことを指します。

たとえば、これまでに作った計算機のプログラムを思い出してみましょう。 数値を保存する変数と、計算を行う関数がバラバラに存在していました。

# これまでの書き方
number1 = 10
number2 = 20

def add_numbers(a, b):
    return a + b

result = add_numbers(number1, number2)
print(f"結果: {result}")

オブジェクト指向では、関連するデータと処理をセットにして扱います。 これにより、プログラムをより理解しやすく、管理しやすくできるのです。

身近な例でクラスを理解しよう

オブジェクト指向を理解するために、身近な例を使って考えてみましょう。

「犬」を例に考えてみます。 犬には、名前、年齢、犬種といった特徴（データ）があります。 また、吠える、走る、眠るといった行動（処理）ができます。

オブジェクト指向では、この「犬」をクラスとして表現します。 クラスは、「犬とはどのような特徴を持ち、どのような行動ができるものか」を定義する設計図のようなものです。

そして、実際の犬（たとえば「ポチ」という名前の柴犬）をインスタンスと呼びます。 インスタンスは、クラスという設計図をもとに作られた、具体的な対象のことです。

クラスとインスタンスの違い

クラスとインスタンスの違いをもう少し詳しく見てみましょう。

クラスは、「こういう特徴を持つものを作りますよ」という設計図です。 家を建てるときの設計図と同じで、クラス自体は実際に使えるものではありません。

インスタンスは、その設計図をもとに実際に作られたものです。 同じ設計図（クラス）から、複数の家（インスタンス）を建てることができるのと同じように、一つのクラスから複数のインスタンスを作ることができます。

車の例で考えてみましょう。

• クラス: 「車」という概念（4つのタイヤ、エンジン、ハンドルを持つ乗り物）
• インスタンス: 具体的な車（トヨタの赤いプリウス、ホンダの白いフィット）

それぞれの車（インスタンス）は、同じ「車」というクラスから作られていますが、色やメーカー、燃費などの具体的な値は異なります。

Pythonでオブジェクトを使っている例

実は、皆さんはすでにPythonでオブジェクト指向を使っています。 これまでに使ってきた文字列やリストも、実はオブジェクトなのです。

VS Codeで新しいファイル object_example.py を作成し、以下のコードを入力してみましょう。

# 文字列もオブジェクト
message = "Hello World"

# 文字列のメソッド（処理）を使ってみる
print(f"元の文字列: {message}")
print(f"大文字に変換: {message.upper()}")
print(f"小文字に変換: {message.lower()}")
print(f"文字数: {len(message)}")

このプログラムを実行してみてください。

python object_example.py

実行結果は以下のようになります。

元の文字列: Hello World
大文字に変換: HELLO WORLD
小文字に変換: hello world
文字数: 11

ここで注目してほしいのは、message.upper() という書き方です。 これは、messageという文字列オブジェクトが持っているupper()というメソッド（処理）を呼び出しています。

文字列には他にもたくさんのメソッドが用意されています。 同じファイルに以下のコードを追加してみましょう。

# リストもオブジェクト
numbers = [1, 2, 3]

# リストのメソッドを使ってみる
print(f"元のリスト: {numbers}")

numbers.append(4)  # 要素を追加するメソッド
print(f"要素追加後: {numbers}")

numbers.reverse()  # 順序を逆にするメソッド
print(f"逆順にした後: {numbers}")

プログラムを実行すると、以下のような結果が表示されます。

元のリスト: [1, 2, 3]
要素追加後: [1, 2, 3, 4]
逆順にした後: [4, 3, 2, 1]

このように、文字列やリストには、それぞれのデータに適した処理（メソッド）が最初から用意されています。

オブジェクト指向を使うメリット

オブジェクト指向プログラミングを使うと、どのような良いことがあるのでしょうか。

データと処理がまとまっている

関連するデータと処理が一箇所にまとまっているため、プログラムの構造が理解しやすくなります。 「この処理はどのデータに対する操作なのか」が明確になるのです。

同じような処理を効率よく書ける

一度クラスを作ってしまえば、そこから何個でもインスタンスを作ることができます。 たとえば、「生徒」クラスを作れば、山田さん、田中さん、佐藤さんといった複数の生徒のデータを同じ方法で管理できます。

プログラムの変更が楽になる

関連する処理がまとまっているため、機能を追加したり修正したりするときに、影響する範囲が限定されます。 これにより、安全にプログラムを改良していくことができます。

実際のプログラムでの活用例

オブジェクト指向は、以下のような場面でよく使われます。

ゲーム開発では、プレイヤー、敵、アイテムなどをそれぞれクラスとして作成します。 それぞれに適した属性（HP、攻撃力など）とメソッド（攻撃する、回復するなど）を定義することで、ゲームのシステムを整理できます。

Webアプリケーションでは、ユーザー、投稿、コメントなどをクラスとして表現します。 ユーザーには名前やメールアドレスといった属性があり、ログインやパスワード変更といったメソッドがあります。

データ分析では、データセットや分析結果をクラスとして管理します。 データの読み込み、加工、グラフ作成といった処理を、データと一緒に整理できます。

まとめ

本章では、オブジェクト指向プログラミングの基本概念について学習しました。

オブジェクト指向は、データと処理をセットにして管理する考え方です。 クラスという設計図を作り、そこからインスタンスという具体的なオブジェクトを生成します。

皆さんがこれまでに使ってきた文字列やリストも、実はオブジェクトでした。 .upper()や.append()といったメソッドを使うことで、オブジェクトの機能を活用していたのです。

オブジェクト指向を使うことで、プログラムがより理解しやすく、管理しやすくなります。 次回は、実際にクラスを定義して、自分だけのオブジェクトを作ってみましょう。