Абстрактни класове

Проблем

Нула квадратни метра

Пишеш програма за плочки на тераса. Терасата е от три части: правоъгълник 4 × 3 м, кръгла част с радиус 1 м и триъгълник с основа 2 м и височина 3 м. Има родител Shape с area(), който връща 0, а всяка фигура го презаписва.

Колегата, който е писал Triangle, е забравил:

class Triangle(Shape):
    def __init__(self, base, height):
        self._base = base
        self._height = height

terrace = [Rectangle(4, 3), Circle(1), Triangle(2, 3)]
total = 0
for s in terrace:
    total += s.area()
print(f"Плочки: {total:.2f} м²")

Изход

Плочки: 15.14 м²

Трябва 18,14 м². Програмата не дава грешка, а поръчката е с 3 м² по-малко. Нулата на родителя е скрила липсващия метод.

А какво е Shape()? Фигура без форма. Няма смисъл да съществува такъв обект.

Идеята

Абстрактен клас: обещание, което наследниците изпълняват

Shape не е истинска фигура. Той казва само „всяка фигура има лице“. Затова го направи абстрактен:

from abc import ABC, abstractmethod


class Shape(ABC):
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass

• ABC (Abstract Base Class, „абстрактен базов клас“) и abstractmethod идват от модула abc, затова най-горе е from abc import ABC, abstractmethod.
• Абстрактният метод е с @abstractmethod отгоре. Тялото му е само pass, „нищо“. Не можеш да дадеш разумно лице на „фигура изобщо“, затова не даваш никакво.
• Абстрактният клас наследява ABC и не може да има обекти: Shape() спира програмата с TypeError.
• Всеки наследник трябва да напише метода. Иначе и от него не се правят обекти.

Python няма компилатор, който да прегледа програмата предварително. Проверката е при създаването на обекта. Сега забравеният Triangle спира програмата още на реда, на който се прави терасата, преди да се сметне грешна поръчка:

„TypeError: Can't instantiate abstract class Triangle without an implementation for abstract method 'area'“.

Програма, която спира с ясна грешка, е по-добра от тиха грешка в поръчката.

По-точно, за любопитните

• Наследник, който не пише абстрактния метод, остава абстрактен сам, без да го казваш. Обещанието минава към неговите наследници.
• Наследник на ABC без нито един абстрактен метод не е абстрактен: обекти от него се правят. Забраната идва от абстрактните методи.
• @abstractmethod без ABC не спира нищо: Shape() се създава, а area() връща None.

Виж го

Триъгълникът изпълнява обещанието

Добави метода в Triangle:

class Triangle(Shape):
    # ... __init__ както преди

    def area(self):
        return self._base * self._height / 2

terrace = [Rectangle(4, 3), Circle(1), Triangle(2, 3)]
total = 0
for s in terrace:
    total += s.area()
print(f"Плочки: {total:.2f} м²")

Изход

Плочки: 18.14 м²

Цикълът е същият. Списъкът пази фигури от три класа, а s.area() вика метода на всяка. Полиморфизмът от миналия урок работи и с абстрактен родител.

Пробвай

Намери грешката

Програмата спира на един от редовете. Кой?

Избери реда с грешката.

1terrace = [None] * 32terrace[0] = Rectangle(4, 3)3terrace[1] = Circle(1)4terrace[2] = Shape()

Провери

Идеята

Абстрактен, но не празен

Абстрактният клас може да има всичко, което има обикновеният: полета, конструктор, обикновени методи. Нека всяка фигура има име и метод, който я описва:

class Shape(ABC):
    def __init__(self, name):
        self._name = name

    @abstractmethod
    def area(self):
        pass

    def describe(self):
        return f"{self._name}: {self.area():.2f} м²"

describe() е написан веднъж, в Shape. Той вика area(), който в Shape е само обещание. Не е проблем: describe() винаги се вика върху истинска фигура, а тя има лице.

От Shape не се правят обекти, но __init__ му е полезен: наследниците го викат.

class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        super().__init__("кръг")
        self._radius = radius

    # ... area() както преди

terrace = [Rectangle(4, 3), Circle(1), Triangle(2, 3)]
for s in terrace:
    print(s.describe())

Изход

правоъгълник: 12.00 м²
кръг: 3.14 м²
триъгълник: 3.00 м²

Родителят пише общото (името, описанието), а наследниците пишат различното (лицето).

@abstractmethod
def area(self):
    pass

def describe(self):
    return f"{self._name}: {self.area():.2f} м²"


s = Circle(1)
print(s.describe())

Стъпка по стъпка, с думи

1. Shape обещава area(): @abstractmethod, а тялото е само pass. Обект само от Shape не може да има.
2. Обектът е кръг: частта Circle има свой area(). Тя изпълнява обещанието.
3. s.describe() е написан в Shape и важи за всяка фигура.
4. Той вика area(). Обектът е кръг, затова се изпълнява методът на Circle: π · 1 · 1.
5. describe() сглобява текста. Общото е в родителя, различното в наследника.
6. Изходът е лицето на кръга, с два знака след запетаята.

Пробвай

Чий метод?

Какво ще отпечата програмата?

# Shape и Circle са от горната карта


s = Circle(2)
print(s.describe())

Отговор

Програмата спира с TypeError: Shape е абстрактен

кръг: 0.00 м²

кръг: 12.57 м²

Провери

Пробвай

Кое липсва?

Какво трябва да пише на празното място, за да не може да се създаде обект от Shape?

class Shape():
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass

Провери

Упражнение

Фигури и животни

Реши задачите в редактора си.

1. Лице и обиколка. Абстрактен клас Shape с име и два абстрактни метода: area() и perimeter(). Наследници Circle (радиус) и Rectangle (ширина и височина). Сложи кръг с радиус 5 и правоъгълник 4 × 2,5 в списък и отпечатай двете стойности с два знака след точката.

Изход

Кръг: лице 78.54, обиколка 31.42
Правоъгълник: лице 10.00, обиколка 13.00

2. Животните. Абстрактен клас Animal с абстрактен метод sound() и обикновен метод breathe(), който печата „Животното диша.“ Наследници Cat и Dog. Извикай звука на двете в цикъл, после breathe() на първото.

Изход

Мяу, мяу!
Бау, бау!
Животното диша.

Упражнение

Превозни средства и изпълнения

3. Превозни средства. Абстрактен клас Vehicle с абстрактен метод move(). SimpleCar и Bicycle го наследяват. Bicycle има и свой метод pedal().

Изход

Колата потегля
Велосипедът потегля
Въртя педалите

Опитай garage[1].pedal(): работи, защото там има велосипед. А garage[0].pedal()? Защо програмата спира чак на този ред, а не по-рано?

4. Изпълнения. Абстрактен клас Performance със заглавие и абстрактен метод start(). DanceMove и Song го наследяват. Song има и метод sing().

Изход

Започва танцът moonwalk
Започва песента 'Bohemian Rhapsody'
Пея 'Bohemian Rhapsody'

Още задачи

• Триъгълник. Добави Triangle към задача 1 с трите страни. Обиколката е сумата им, а лицето се смята по формулата на Херон: s = обиколка / 2, лице = √(s(s − a)(s − b)(s − c)). За страни 3, 4 и 5 лицето е 6,00, а обиколката 12,00.
• Абстрактен служител. Направи Employee от миналия урок абстрактен, с абстрактен monthly_pay(). Добави FullTime (заплатата е цялата) и остави Manager и Intern. Какво печели програмата? Какво губи?

Тест

Провери се

1. Shape наследява ABC и има абстрактен area(). Кое работи?

s = Circle(1)s = Shape()И двете

2. Какво казва @abstractmethod над метода?

Че методът е скрит от другите класовеЧе всеки наследник трябва да напише този метод, иначе от него не се правят обектиЧе методът се изпълнява само веднъж

3. Triangle наследява абстрактния Shape, но не пише area(). Какво става?

area() връща 0Програмата спира чак когато се извика area()Програмата спира с TypeError още при Triangle(2, 3)

4. Може ли абстрактен клас да има __init__, полета и обикновени методи?

ДаСамо полетаНе, само абстрактни методи

Провери

Започни урока отначало