Abstrakte Klassen und Methoden

Abstrakte Klassen sind Klassen, die nicht direkt instanziiert werden können und abstrakte Methoden enthalten, die von Unterklassen implementiert werden müssen.

Stellen Sie es sich wie ein Formular vor: Eine abstrakte Klasse ist wie ein obligatorischer Formularcode, bei dem einige Felder erforderlich sind (abstrakte Methoden) und andere optional sind (konkrete Methoden). Sie können das Formular selbst nicht absenden – Sie müssen zuerst alle erforderlichen Felder ausfüllen. Ebenso können Sie keine Instanzen einer abstrakten Klasse erstellen, bis alle abstrakten Methoden in einer Unterklasse implementiert sind.

Importieren Sie das abc-Modul, um abstrakte Klassen zu erstellen:

from abc import ABC, abstractmethod

Erstellen Sie eine abstrakte Klasse mit abstrakten Methoden:

class Shape(ABC):
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass
    
    @abstractmethod
    def perimeter(self):
        pass
    
    def describe(self):
        return "This is a shape"  # Konkrete Methode (hat eine Implementierung)

Der @abstractmethod-Decorator markiert Methoden, die von Unterklassen implementiert werden müssen – dies sind die „Pflichtfelder“ in Ihrem Formular. Reguläre Methoden wie describe() können Implementierungen haben und werden unverändert vererbt – dies sind die „vorausgefüllten Felder“.

Warum abstrakte Klassen verwenden? Sie erzwingen einen Vertrag. Wenn Sie eine Shape-Klasse erstellen, sagen Sie: „Jede Form MUSS in der Lage sein, ihren Flächeninhalt und Umfang zu berechnen.“ Dies verhindert Fehler, bei denen Sie vergessen könnten, kritische Methoden zu implementieren.

Versuchen Sie, eine Instanz der abstrakten Klasse zu erstellen:

# Dies wird einen Fehler verursachen:
# shape = Shape()  # TypeError: Abstrakte Klasse kann nicht instanziiert werden

Dieser Fehler ist beabsichtigt - es ist, als würde man versuchen, ein leeres Formular abzusenden. Python sagt: „Sie haben die erforderlichen Felder (Methoden area und perimeter) noch nicht ausgefüllt!“

Erstellen Sie eine konkrete Unterklasse, die alle abstrakten Methoden implementiert:

class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius
    
    def area(self):
        return 3.14 * self.radius ** 2
    
    def perimeter(self):
        return 2 * 3.14 * self.radius

Jetzt haben wir „alle erforderlichen Felder ausgefüllt“ – wir haben sowohl area() als auch perimeter() implementiert. Die Klasse Circle ist nun eine vollständige, konkrete Klasse, die instanziiert werden kann.

Jetzt können Sie Instanzen der konkreten Klasse erstellen:

circle = Circle(5)
print(circle.area())
print(circle.perimeter())
print(circle.describe())  # Geerbte konkrete Methode

Erstellen Sie eine weitere konkrete Unterklasse:

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)

rectangle = Rectangle(4, 6)
print(rectangle.area())
print(rectangle.perimeter())

Ausgabe:

78.5
31.400000000000002
This is a shape
24
20

Abstrakte Klassen definieren einen Vertrag, dem Unterklassen folgen müssen. Verwenden Sie ABC und @abstractmethod, um abstrakte Klassen zu erstellen. Unterklassen müssen alle abstrakten Methoden implementieren, andernfalls sind sie ebenfalls abstrakt. Dies gewährleistet Konsistenz und verhindert unvollständige Implementierungen.