Objekt-orienteeritud programmeerimine

Objekt

• Objekt kirjeldab ära konkreetse loogilise kogumi
  • näiteks õues olev punane auto on üks objekt
  • selle taga olev roheline auto on teine objekt jne
• Tavaliselt mõtleme me arvust kui ühest väärtusest (nt 7)
• Objekt koosneb tavaliselt mitmest väärtusest
  • värv, mark, mudel, pikkus, registrimass jne

Klass

• Klass kirjeldab ära struktuuri
  • näiteks autol on värv, pikkus jne
• Klass (üldiselt) ei sisalda andmeid
• Klass on andmetüüp
• Samatüüpi andmed pärinevad kõik ühest klassist
  • punane auto on auto, roheline auto on auto jne
• Kuigi meil on maailmas mitu autot (objekti), siis meil on üks klass auto

OOP

• Objekt-orienteeritud programmeerimine (OOP) on programmeerimise paradigma, mis kasutab objekte

• Python on objekti-orienteeritud programmeerimiskeel (OOP)

• Pythonis kõik asjad on objektid

OOP tehnikad

• Kapseldamine (encapsulation)
  • funktsionaalsus peidetakse
• Modulaarsus (modularity)
  • programm jagatakse iseseisvateks tükkideks
• Polümorfism (polymorphism)
  • alamklass saab meetodeid üle kirjutada
• Pärimine (inheritance)
  • alamklass pärib omadused ja meetodid

Sõne

• Sõne on objekt
• Kui loote uue sõne, siis tegelikult luuakse uus objekt, mille tüüp on str.
• Sõne "funktsioone" kutsutakse meetoditeks
  • ehk siis klassis kirjeldatud funktsioonid on meetodid

Sõne

s = "Hello"
print(type(s))  # <class 'str'>
print(id(s))  # 30773472
print(id(s.replace("H", "h")))  # 61507648

• Loome sõne s ja küsime selle tüübi. Tüüp on str klass
• id tagastab objekti kohta unikaalse arvu. Kui id on erinev, siis on ka objekt erinev (st mälus erinevas kohas)
• replace teeb uue sõne, seda näeme ka id-ga
• replace on sõne meetod ehk funktsioon, mida saab välja kutsuda objektil

List

a = [1, 2, 3]
b = [1, 2, 3]
c = b
print(id(a))   # 44058024
a.append(4)
print(id(a))   # 44058024 still the same
print(id(b))   # 44059184
print(id(c))   # 44059184 - same as b
b.pop()
print(id(b))   # 44059184 - still the same
print(id(c))   # 44059184 - and same

• Listi muutes id ei muutu
• c ja b viitavad samale listile

Veel objekte

print(type(1))     # <class 'int'>
print(type(True))  # <class 'bool'>
print(type(1.2))   # <class 'float'>
print(type(None))  # <class 'NoneType'>
print(type(len))   # <class 'builtin_function_or_method'>
print(type(type))  # <class 'type'>

Klass kui andmetüüp

• Iga klass on andmetüüp
• Näiteks on Pythonis klass str
• Iga konkreetne sõne, näiteks "tere", on selle klassi objekt (ehk isend)
• Ühest klassist saab luua lõpmata palju objekte
• Objekti kohta öeldakse ka isend ja instants
  • Üldiselt mõeldakse "objekt", "isend", "instants" terminitega samu asju
  • Erinevates allikates võivad neil erinevused olla

Teeme oma klassi

class Student:
    pass

s = Student()
print(type(s))  # <class '__main__.Student'>
print(id(s))    # 12448112

t = Student()
print(type(t))  # <class '__main__.Student'>
print(id(t))    # 12423408

• Klass Student. pass on tühi korraldus
• Loome kaks isendit - nende id on erinev (nad on mälus erinevas kohas)

Objektide võrdlemine

• Objektide võrdlemine == võrdlusega kontrollib vaikimisi seda, kas nad viitavad samale objektile
• Seda, mida täpselt kontrollitakse, saab üle kirjutada
  • Näiteks sõne puhul kontrollitakse seda, kas sisu (st sümbolid) on samad jne

s1 = Student()
s2 = Student()
s3 = s1

print(s1 == s2)   # False
print(s1 == s3)   # True
print(s2 == s3)   # False

Meetod

• Klassis sisalduvaid funktsioone nimetatakse meetoditeks

class Student:
    """Student class."""

    def hello(self):  # method, "self" is a special parameter
        """Method (function) which just prints out "Hello!"."""
        print("Hello!")


s = Student()   # s is an object of class Student
s.hello()       # no "self" argument

self

• Kõik objekti meetodid sisaldavad esimest parameetrit self
  • selle parameetri nimi võib ka midagi muud olla; kasutage self
• self viitab isendile
• Eelmises näites oli väljakutse s.hello()
  • kui hello() meetod käima pannakse, antakse sellele s kaasa
• Meetodi jaoks vajalike väärtuste jaoks lisatakse need peale self parameetrit

self ja parameetrid

class Student:
    def greet_friend(self, friend_name):
        print(f"Hello, {friend_name}")

s = Student()
s.greet_friend("Kaia")

• Meetodi kirjelduses esimesel kohal on self, teisel kohal friend_name.
• Kui kutsume välja greet_friend meetodit, siis esimesena kaasa antud argument läheb teise parameetrisse jne.

Konstruktor

• Objekti loomisel pannakse käima eriline meetod ehk konstruktor
• Meetod kirjeldatakse: __init__(self)
• See meetod pannakse käima üks kord objekti loomisel
• Eelnevas näites s = Student() kutsub välja konstruktori
• Konstruktori kirjeldamine ei ole kohustuslik
• Konstruktor peab tagastama None (eraldi return lauset ei kirjutata).

Konstruktor

• Kirjeldatakse nagu tavaline meetod
• Eraldi pole vaja välja kutsuda

class Student:
    def __init__(self):
        print("Initializing student..")

s = Student()  # Initializing student..

• Student() kutsub Student klassi konstruktori välja.

Konstruktor, objekti muutujad

• self viitab loodavale/loodud objektile
• Konstruktorisse saab kaasa anda argumente (nagu tavaline funktsioon)
• Esimene parameeter on alati self
• Objekti muutujad on seotud ühe konkreetse objektiga (isendiga)
• Objekti muutujaid väärtustatakse: self.name = ...
• Tavaliselt luuakse konstruktoris vajalikud väljad ära
• Objekti muutujaid saab teistes objekti meetodites kasutada

Konstruktor, objekti muutujad

class Student:
    def __init__(self, name, title):
        self.name = name
        self.title = title

ago = Student("Ago", "Sir")
print(ago.name)

leela = Student("Leela", "Captain")
print(leela.title)

• Konstruktori parameeter self viitab loodavale objektile.
• Parameetrid name ja title salvestatakse objekti muutujateks: self.name ja self.title

Objekti muutujad

class Shop:
    def __init__(self, name, age, products_file=None):
        self.products = []
        self.name = name
        self.established = 2020 - age
        if products_file is not None:
            # open the file and read products from it
            pass

    def inventory(self):
        print(f"Inventory for {self.name} (est. {self.established}:")
        for p in self.products:
            print("product: ..")

Klass (class)

• Defineerib andmetüübi
• Šabloon, mida saab hiljem kasutada, et luua konkreetseid objekte (isendeid)

class Point2D:
    """Point in (x, y) coordinate space."""
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def print_point(self):
        print(f"({self.x:.2f}, {self.y:.2f})")

Objekt (object)

• Konkreetne isend, instants (instance)
• Luuakse klassi kirjeldusest
• Klassist võib luua lõpmata palju objekte
• Samast klassist loodud objektid on sarnase struktuuriga (neil on samad meetodid ja muutujad)
• Aga igal objektil on oma olek (muutujate väärtused)

p1 = Point2D(1.234, 0.23456)
p2 = Point2D(-1, 3)

p1.print_point()   # (1.23, 0.23)
p2.print_point()   # (-1.00, 3.00)

Klass ja objekt

class Point2D:
    """Point in (x, y) coordinate space)."""
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def print_point(self):
        print(f"({self.x:.2f}, {self.y:.2f})")


p1 = Point2D(1.234, 0.23456)
p2 = Point2D(-1, 3)

p1.print_point()   # (1.23, 0.23)
p2.print_point()   # (-1.00, 3.00)

Objektide võrdlemine

p3 = Point2D(3, 3)
p4 = Point2D(3, 3)
p5 = p4   # both refer to the same object in memory

print(p3 == p4)   # False, although same values, objects are different
print(p4 == p5)   # True

p3.x = 10
p3.print_point()   # (10.00, 3.00)

p4.x = 11
p4.print_point()   # (11.00, 3.00)
p5.print_point()   # (11.00, 3.00), p5 points to p4

Erilised meetodid

• Python võimaldab klassis ära kirjeldada objekti käitumist erinevates olukordades
• Näiteks __eq__ meetodit kasutatakse selleks, et võrrelda objekte == võrdlusega
• __str__ meetodit kasutatakse, et saada objektist sõne kuju
• Lisaks näiteks __add__(self, other) objektide liitmiseks jne
• __lt__(self, other) väikem-kui võrdluseks
• __len__(self) kui rakendatakse len(self)

Objektide võrdlus

• Punkti puhul oleks mõistlik realiseerida objektide võrdlus väärtuste järgi
• Kui kahel punktil on mõlemad koordinaadid samad, siis on ka objektid võrdsed.

class Point2D:
    # constructor and print_point() same as previously
    def __eq__(self, other):
        if isinstance(other, Point2D):
            return self.x == other.x and self.y == other.y
        return False

• __eq__ meetod käivitatakse võrdlemisel

Objektide võrdlus

p6 = Point2D(1, 2)
p7 = Point2D(1, 2)

print(p6 == p7)   # True
print(p6 is p7)   # False

p8 = p6
print(p6 is p8)   # True

• Võrdleme nüüd kahte objekti == võrdlusega. Tulemus on tõene, kuna käivitub __eq__ meetod, mis võrdleb sisu.
• is võrdlus kontrollib, kas viidatakse samale objektile

Objekt sõnena

• __str__(self) meetod võimaldab kirjeldada, mida objekti puhul sõnena tagastatakse
• Näiteks printimisel kasutatakse seda
• Samuti str(obj) puhul.
• Meetod tagastab sõne
• Vaikimisi print(p1) kuvab midagi sellist <__main__.Point2D object at 0x0050D5D0>.

Objekt sõnena

class Point2D:
    # ...
    def __str__(self):
        return f"({self.x:.2f}, {self.y:.2f})"
        
p1 = Point2D(1, 2)
print(p1)           # (1.00, 2.00)

Objekt sõnena

• Pythonis on eriline meetod __repr__, mille eesmärk on tagastada üheselt mõistetav sõne.
  • Tihti tagastatakse sõne, millega saab objekti luua eval() funktsiooni abil
• Kui __str__ pole defineeritud, kutsutakse __repr__ välja.
• __str__ meetodi eesmärk on pigem olla informatiivne
• Seega alati on mõistlik kirjeldada __repr__

class Point2D:
    def __repr__(self):
        return f"Point2D({self.x}, {self.y})"

Klassi muutujad

• Klassi muutuja kirjeldatakse klassi sees väljaspool meetodeid
• Klassi muutujal on üks väärtus läbi terve programmi
• Sõltumata sellest, mitu objekti klassist luuakse, klassi muutujal on üks ühine väärtus
• Üldiselt ei ole vaja kasutada

Klassi muutuja näide

class Doorbell:
    click_count = 0

    def __init__(self):
        self.click_count = 0

    def ring(self):
        print("Ringing..")
        self.click_count += 1
        Doorbell.click_count += 1

d1 = Doorbell()
d2 = Doorbell()

for _ in range(10): d1.ring()
for _ in range(4): d2.ring()
print(d1.click_count)         # 10
print(d2.click_count)         # 4
print(Doorbell.click_count)   # 14

Objekti väärtuste pärimine/muutmine

• Kapseldamise eesmärk on peita objekti olek maailma eest ning lubada selle muutmine vaid läbi teatud meetodite.
• Objekti väärtuste muutmiseks kasutatakse tavaliselt getter ja setter meetodeid
• See annab võimaluse kontrollida, mida ja kuidas tagastatakse/muudetakse

class Student:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

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

    def get_name(self):
        return self.name