生成AIと学ぶPython20: インタフェースと抽象基底クラス

インタフェースと抽象基底クラス

インタフェースはプログラミング言語における概念で、特定のメソッドがどのような動作をするべきかを定義したものです。
インタフェースは具体的な実装を持たず、クラスがインタフェースを実装するという形で利用されます。つまり、インタフェースはそのクラスがどのようなメソッドを持つべきか、またそのメソッドがどのような引数を取り、どのような戻り値を返すべきかといった情報を定義します。

これにより、異なるオブジェクトが同じインタフェースを共有する場合、それらのオブジェクトが同じように動作することが保証されます。Pythonでは、インタフェースは通常抽象基底クラスとして実装されます。

抽象基底クラス (Abstract Base Class, ABC) は、一部または全部のメソッドが実装されていないクラスのことを指します。これらのメソッドは、抽象基底クラスを継承した子クラスで実装されます。抽象基底クラス自体はインスタンス化することはできません。Pythonの abc モジュールを使用して抽象基底クラスを作成できます

つまり、抽象基底クラスは、その子クラスが必ず持つべきメソッドを定義する「テンプレート」のようなもので、インタフェースはそのメソッドがどのように動作するべきかを定義します。Pythonでは、抽象基底クラスを使ってインタフェースを実装することが一般的です。

抽象基底クラスの実装（abstract method）

Pythonの抽象基底クラス（Abstract Base Class, ABC）は、特定のインターフェースを定義するために使用されます。これらのクラスはインスタンス化できず、具体的な振る舞いを提供するサブクラスを作成するためのテンプレートとして機能します。抽象基底クラスは、特定のメソッドが子クラスによって実装されることを保証するのに役立ちます。

抽象メソッドは、抽象基底クラス内で宣言され、具体的な実装は提供されません。その代わり、このメソッドは子クラスによってオーバーライドされる必要があります。Pythonの標準ライブラリのabcモジュールは、抽象基底クラスと抽象メソッドをサポートします。

from abc import ABC, abstractmethod

class AbstractClassExample(ABC):
    @abstractmethod
    def do_something(self):
        pass

class AnotherSubclass(AbstractClassExample):
    def do_something(self):
        super().do_something()
        print("The subclass is doing something")

x = AnotherSubclass()
x.do_something()

この例では、AbstractClassExampleは抽象基底クラスであり、do_somethingは抽象メソッドです。AnotherSubclassはこの抽象基底クラスを継承し、抽象メソッドdo_somethingをオーバーライドします。

抽象基底クラスと抽象メソッドは、クラスの設計とインターフェースの強制を助け、コードの可読性と安全性を向上させます。

抽象クラスメソッドや抽象スタティックメソッドには、@abstractclassmethodや@abstractstaticmethodで使用できます。
Python 3.3以降では、@abstractmethodを@classmethodや@staticmethodと組み合わせて使用することが推奨されています。

from abc import ABC, abstractmethod

class MyAbstractClass(ABC):

    @classmethod
    @abstractmethod
    def my_abstract_classmethod(cls):
        pass

    @staticmethod
    @abstractmethod
    def my_abstract_staticmethod():
        pass


class MyConcreteClass(MyAbstractClass):

    @classmethod
    def my_abstract_classmethod(cls):
        print("This is the concrete implementation of the abstract classmethod")

    @staticmethod
    def my_abstract_staticmethod():
        print("This is the concrete implementation of the abstract staticmethod")