Klassen und Objekte

Python ist eine objektorientierte Sprache - sie basiert auf dem Konzept der „Objekte“, die verschiedene Felder (Variablen) und Methoden (Funktionen, die diese Variablen verändern) enthalten. Alles in Python ist ein Objekt - egal ob es ein Integer oder ein String ist.

Ein Objekt object ist ein praktisches Konzept, um eine Abbildung von etwas Abstraktem zu erzeugen - zum Beispiel ein nützlicher Weg, um Daten geordnet zu speichern.

Erinnert dich das an etwas, das wir schon behandelt haben?

Eine Liste ist ein schönes Beispiel dafür, dass in einem Objekt Daten geordnet gespeichert werden. Wie würdest du ein Listenobjekt beschreiben? Welche Attribute hat es? Wann und wie wird es verwendet?

Tipp

Erinnerst du dich an den Befehl dir(ClassName)? Er listet alle Attribute und Methoden einer benötigten Klasse auf, wie zum Beispiel dir(str).

Wenn du feststellst, dass du ein Objekt brauchst, das Python nicht hat, kannst du dein eigenes erstellen. Bevor du ein konkretes Exemplar deines Objekts (eine Instanz) verwenden kannst, musst du zuerst eine „Vorlage“ definieren, die beschreibt, wie das Objekt aussehen wird und was es kann. Dieser Prototyp wird als Klasse bezeichnet:

class Player():

Dieses Beispiel zeigt die Vorlage eines Player-Objekts, das im Moment noch leer und nicht sehr nützlich ist. Um es nützlicher zu machen, können wir ihm Attribute hinzufügen - total_count ist ein Klassenattribut, das alle Instanzen von Objekten der Klasse Player zählt, indem es jedes Mal, wenn ein neues Player()-Objekt erzeugt wird, einen Wert erhöht.

class Player():
    total_count = 0

Ein Klassenattribut ist für jede Instanz der Klasse Player gleich, und so kannst du die Gesamtzahl der Spieler über jede erzeugte Instanz herausfinden. Andere Attribute, die nützlich sein könnten, wären Instanzattribute (unterschiedlich für jede Instanz eines Objekts) wie Name und Punktestand. Wie sollen diese definiert werden? Und wie können wir wissen, wann ein neues Objekt erstellt wird, um die total_count zu erhöhen?

Es ist möglich, eine __init__() Methode für deine Klasse zu definieren, die bei der Erzeugung eines neuen Objekts verwendet wird und die weitere Argumente aufnehmen und den Anfangszustand eines Objekts festlegen kann. Auf diese Weise wird bei der Erzeugung des untenstehenden Objekts player_1 der anfängliche Punktestand des Spielers Null sein, der Name wird als Argument angegeben und total_count wird um eins erhöht.

class Player():
    total_count = 0

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.score = 0
        self.__class__.total_count += 1

Außerdem können wir Methoden speziell für unsere Klasse von Objekten definieren. Zum Beispiel die Klassenmethoden update_score() und change_name um die Werte von name und dem Punktestand score zu aktualisieren.

class Player():
    total_count = 0

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.score = 0
        self.__class__.total_count += 1

    def update_score(self, score):
        self.score = score

    def change_name(self, name):
        self.name = name

Die Erzeugung von Objekten und die Verwendung von Methoden ist ziemlich einfach:

# Erzeuge eine Instanz eines Objekts der Klasse Player
player_1 = Player("griever418")
player_2 = Player("r00t")

# Verändere den Punktestand von player_1
player_1.update_score(40)
# Ändere den Namen von player_1
player_2.change_name("bott0m")

Nun könntest du dich fragen, warum der Aufruf von Methoden auf player_1 oder player_2 nur mit einem Argument funktioniert, während die Methodendefinitionen zwei Argumente haben? Sicherlich gibt Python in diesem Fall einen Fehler aus. Wie du vielleicht schon vermutet hast, wird die Instanz des Objekts - player_1 - als erstes Argument übergeben, und ist eigentlich gleichbedeutend mit der Anweisung player.update_score(player_1, 40).

Bemerkung

Das Schlüsselwort self hat in Python keine besondere Bedeutung, es ist nur eine Art Gewohnheit. Du solltest es benutzen, wenn auch nur aus dem Grund, um deinen Code besser lesbarer zu machen, wenn du nach einiger Zeit wieder darauf zurückkommst (du kannst mehr über die Diskussion von self in diesem Blogpost von Guido van Rossum lesen - dem Vater von Python).

Der Zugriff auf Attribute ist für alle Objekte wieder gleich: obj.attribute_name. Um zum Beispiel den Namen eines Player-Objekts auszugeben, schreibst du:

print(player_1.name)

Um ein Attribut für eine Klasse zu erstellen, musst du es nicht in der Klassendefinition deklarieren - sie sind wie lokale Variablen, da sie entstehen, wenn ihnen ein Wert zugewiesen wird. Auf diese Weise können wir ein counter-Attribut für unser player_1 Objekt erstellen. Was gibt das folgende Programm dann aus?

player_1.counter = 0

while (player_1.counter < 10):
    player_1.counter += 1

print(player_1.counter)

Es gibt noch viele weitere Besonderheiten und nützliche Eigenschaften von Klassen, auf die wir in diesem Tutorial nicht eingehen. Wenn du mehr erfahren willst, schau in die Python Dokumentation.

../_images/snake_nokia.png

Um dir ein weiteres Beispiel für die Verwendung von Klassen zu geben, schau dir diese Snake-Klasse an, die für eine micro:bit Version des Snake Spiels verwendet werden könnte.

class Snake:

        def __init__(self):
            self.x_position = 0
            self.y_position = 0
            self.direction = "w"

        def move_snake(self, x_position, y_position, direction):
            self.x_position = x_position
            self.y_position = y_position
            self.direction = direction

        def show_snake(self):
            display.set_pixel(self.x_position, self.y_position, 9)
            sleep(600)
            display.set_pixel(self.x_position, self.y_position, 0)

# Erstelle eine Instanz eines Snake Objekts unter der Bezeichnung python
python = Snake()

# greife auf seine Position auf der X-Achse zu und gib sie aus
print(python.x_position)

# Bewege python nach rechts
python.move_snake(python.x_position + 1, python.y_position)
../_images/snake.png