Pythonのクラス作成時、メンバ変数をコンストラクタ内で定義する理由

pythonの初学者です。
C言語は習得していますが、オブジェクト指向の理解度は何となくレベルです。

pythonの勉強を、あるオンラインの教材を用いて進めています。
その教材で「クラス作成時、メンバ変数はコンストラクタで定義すること」という説明がありました。
この説明に則った「A」の書き方でコードを作成しましたが、
C言語の様にクラスの先頭で変数を定義する「B」でも動きは同じとなりました。

質問１：「コンストラクタでメンバ変数を定義する」というのは、pythonの慣習の様な物でしょうか。それとも、コンストラクタを使わず宣言・定義を行うとバグの温床になる等、何か理由があっての事でしょうか。
質問２：書き方Aと書き方Bでは、クラスの振る舞いは同一ですが、内部の動きに違いは生じるのでしょうか。

A
1
2class hoge_A:
3    def __init__(self):
4        self.val_a = 100
5        self.val_b = 10
6
7    def calc(self):
8        self.val_a += 10
9        self.val_b += 1

B
1
2class hoge_B:
3    val_a = 100
4    val_b = 10
5
6    def calc(self):
7        self.val_a += 10
8        self.val_b += 1

行動規範の内容に同意します

回答1件

ベストアンサー

質問１：「コンストラクタでメンバ変数を定義する」というのは、pythonの慣習の様な物でしょうか。それとも、コンストラクタを使わず宣言・定義を行うとバグの温床になる等、何か理由があっての事でしょうか。

AのコードとBのコードは「別物」です。Aのコードではval_a, val_bはインスタンスの属性になります。Bのコードではクラスの属性になります。

他の言語では違うかもしれませんが、Pythonはクラスもインスタンスです（typeクラスのインスタンスと位置づけられます）。

日本語でうまく表現するのが難しいのですが、この違いです。Pythonはオブジェクトに動的に好きな名前の属性を追加できる言語なのに注意してください。

python
1class Hoge:
2    pass
3
4# A
5h = Hoge()
6h.a = 10
7
8# B
9Hoge.a = 10

もっと端的にいえば、Aは「インスタンス変数」、Bは「クラス変数」という言葉でそれぞれ呼ばれます。

質問２：書き方Aと書き方Bでは、クラスの振る舞いは同一ですが、内部の動きに違いは生じるのでしょうか。

厳密に言えば、振る舞いは同一ではありません。

とりあえず、わかりやすくするために以下のように書き直すことにします。

python
1    def calc(self):
2        self.val_a = self.val_a + 10
3        self.val_b = self.val_b + 1

結論を先に行ってしまうと、左辺で代入している対象はどちらもインスタンス変数（インスタンスの属性）です。

ただし、右辺のself.val_a, self.val_bで「何」にアクセスしているかが問題です。

selfの属性からはクラス変数にもインスタンス変数にもアクセスできる
同名で両方あるときはインスタンス変数の方が優先順位が高い

という規則があり、そのためAの方ではインスタンス変数、Bの方ではクラス変数へのアクセスになります。

そしてPythonでは属性への代入で新たな属性（ここではインスタンス変数）を作ることができます。よって、Aの方はもともとあったインスタンス変数を書き換えるのですが、Bではcalcが呼び出された瞬間に新規にクラス変数と同名のインスタンス変数を作っていることになります。

といってもまあ結果論としては同じように見えてしまう例ですね。

immutableなオブジェクトを束縛した変数の挙動、累積代入文、クラス変数とインスタンス変数の優先順位、属性への代入など、Pythonのわかりづらいところが複数重なっているとても厄介な例です。もう少し単純なものを見ておきましょう。mutableのlistにして要素を追加してみます。

python
1class hoge_A:
2    def __init__(self):
3        self.lst = []
4
5    def append1(self):
6        self.lst.append(1)
7
8class hoge_B:
9    lst = []
10    def append1(self):
11        self.lst.append(1)
12
13h1 = hoge_A()
14h1.append1()
15print(h1.lst)  # [1]
16
17h2 = hoge_A()
18h2.append1()
19print(h2.lst)  # [1]
20
21
22h1 = hoge_B()
23h1.append1()
24print(h1.lst)  # [1]
25
26h2 = hoge_B()
27h2.append1()
28print(h2.lst)  # [1, 1]
29
30