Pythonの多態性とは？意味をわかりやすく簡単に解説

公開：2024年11月26日更新：2024年11月26日

多態性（ポリモーフィズム）とは
Pythonにおける多態性の実装方法
ダックタイピングを活用した多態性
抽象基底クラスによる多態性の実現
メソッドオーバーライドを用いた多態性

多態性（ポリモーフィズム）とは

多態性は同じインターフェースを持つ異なるクラスのオブジェクトを、統一的に扱える概念です。これによりコードの再利用性や柔軟性が向上し、プログラムの保守性が高まります。英名では「Polymorphism（ポリモーフィズム）」と呼ばれています。

Pythonではダックタイピングという仕組みを通じて多態性を実現しています。これはオブジェクトの型よりもそのオブジェクトが持つメソッドや、属性に注目するアプローチです。

多態性を活用することで同じインターフェースを持つ、異なるクラスのオブジェクトを同じように扱えるためコードの柔軟性が大幅に向上します。これにより新しい機能の追加や既存コードの変更が容易になり、プログラムの拡張性が高まるのです。

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Pythonにおける多態性の実装方法

Pythonにおける多態性の実装方法について、以下3つを簡単に解説します。

ダックタイピングを活用した多態性
抽象基底クラスによる多態性の実現
メソッドオーバーライドを用いた多態性

ダックタイピングを活用した多態性

Pythonではダックタイピングを活用することで、柔軟な多態性を実現できます。これはオブジェクトの型ではなく、そのオブジェクトが持つメソッドや属性に注目するアプローチです。ダックタイピングにより異なるクラスのオブジェクトでも、同じインターフェースを持つ場合は同じように扱えるのが魅力です。

class Dog:
    def speak(self):
        return "Woof!"

class Cat:
    def speak(self):
        return "Meow!"

def animal_sound(animal):
    return animal.speak()

dog = Dog()
cat = Cat()
print(animal_sound(dog))  # 出力: Woof!
print(animal_sound(cat))  # 出力: Meow!

このサンプルコードではDogクラスとCatクラスの両方に、speakメソッドが定義されています。animal_sound関数は渡されたオブジェクトの型を気にせず、単にspeakメソッドを呼び出しています。これにより異なるクラスのオブジェクトを同じように扱うことが可能です。

ダックタイピングを活用することでコードの柔軟性が向上し、新しいクラスの追加が容易になります。たとえばspeakメソッドを持つ新しい動物クラスを追加しても、animal_sound関数を変更する必要がありません。これによりプログラムの拡張性が高まるのです。

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抽象基底クラスによる多態性の実現

Pythonではabcモジュールを使用して抽象基底クラスを定義し、多態性を実現できます。抽象基底クラスを用いることで共通のインターフェースを強制し、サブクラスに特定のメソッドの実装を要求できます。

from abc import ABC, abstractmethod

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

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

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

def animal_sound(animal):
    return animal.speak()

dog = Dog()
cat = Cat()
print(animal_sound(dog))  # 出力: Woof!
print(animal_sound(cat))  # 出力: Meow!

このコードではAnimalクラスをABCクラスを継承し、抽象基底クラスとして定義している例です。@abstractmethodデコレータを使用してspeakメソッドを抽象メソッドとして宣言することで、サブクラスにこのメソッドの実装を強制しています。

抽象基底クラスを使用することでインターフェースの一貫性が保証され、プログラムの信頼性が向上します。また、新しいAnimalサブクラスを追加する際もspeakメソッドの実装が強制されるため、予期せぬエラーを防止することが可能です。

メソッドオーバーライドを用いた多態性

Pythonではメソッドオーバーライドを使用し、多態性を実現できます。これはサブクラスで親クラスのメソッドを再定義することで、同じメソッド名でも異なる振る舞いを実装する技術です。メソッドオーバーライドにより柔軟性の高いコードを書くことができます。

class Shape:
    def area(self):
        pass

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

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

class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

    def area(self):
        return 3.14 * self.radius ** 2

def calculate_area(shape):
    return shape.area()

rect = Rectangle(5, 4)
circle = Circle(3)
print(calculate_area(rect))    # 出力: 20
print(calculate_area(circle))  # 出力: 28.26

上記はShapeクラスにareaメソッドのプレースホルダーがあるこのサンプルコードです。RectangleクラスとCircleクラスはそれぞれShapeクラスを継承し、areaメソッドをオーバーライドしています。calculate_area関数は渡されたオブジェクトの型に関係なく、単にareaメソッドを呼び出します。

メソッドオーバーライドを用いることで共通のインターフェースを保ちつつ、各サブクラスに特有の実装を提供できます。これによりコードの再利用性が高まり、新しい形状を追加する際も既存のコードを変更せずに済むのが特徴です。

※上記コンテンツの内容やソースコードはAIで確認・デバッグしておりますが、間違いやエラー、脆弱性などがある場合は、コメントよりご報告いただけますと幸いです。