Python3エンジニア認定基礎試験 第9章 クラス 予想問題と解説

正解は「呼び出したインスタンス自身を受け取る引数で、慣習として self と名付ける」である。インスタンスのメソッドは最初の引数でそのインスタンス自身を受け取り、その名前は慣習として self が使われる。self という名前は言語の予約語ではないが、慣習に従うのが読みやすさの面で望ましい。クラス自身を受け取る形は別の種類のメソッドの話で、名前が固定されているわけでもない。最初の引数を書かずに省略することはできず、戻り値を入れるための引数でもない。

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正解は「_クラス名__spam の形式に置き換える名前修飾（マングリング）を行う」である。公式チュートリアルは、先頭に2個以上、末尾に1個以下のアンダースコアを持つ識別子は_classname__spamの形にテキスト置換されると説明しており、classnameは先頭のアンダースコアを取り除いた現在のクラス名である。この仕組みはサブクラスが内部のメソッド呼び出しを壊さずにメソッドをオーバーライドできるようにするためのものであり、Pythonにはオブジェクトの外から一切アクセスできない真にプライベートな変数は存在しない。名前修飾は主に不慮の名前衝突を防ぐためのもので、確信犯的にアクセスすることは依然として可能である。単に先頭のアンダースコアを取り除くだけの処理ではなく、構文エラーにもならない。

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正解は「名前空間は名前からオブジェクトへの対応付けで、スコープはその名前空間へ直接アクセスできるプログラム上の領域である」である。公式チュートリアルは、名前空間を名前からオブジェクトへの対応付け、スコープをある名前空間へ直接アクセスできるPythonプログラムのテキスト上の領域と定義している。ここで直接アクセスとは、名前の前に修飾を付けず参照したとき、その名前空間から名前を探すことをいう。したがって両者は関係するが同じ概念ではなく、定義を入れ替えた説明は誤りである。また、名前空間はオブジェクトを置くメモリ領域そのものではなく、スコープもオブジェクトの寿命を表す語ではない。名前空間をモジュール名だけ、スコープをクラス内部だけに限定する説明も、それぞれの定義を不当に狭めている。

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正解は「以前に中断した処理を再開し、ローカル変数と実行状態を呼び出しの間で保持する」である。公式チュートリアルは、ジェネレータを通常の関数のように書き、データを返すときにyield文を使うと説明している。next()が呼び出されるたびに、ジェネレータは以前に中断した処理を再開し、すべてのデータ値と最後に実行した文を記憶する。このため、毎回関数の先頭へ戻ってローカル変数を初期化するわけではなく、最初から全結果をリストにまとめて返す動作でもない。また、ジェネレータでは__iter__()と__next__()が自動で作成されるため、利用者がこの2つを手作業で追加する必要はない。処理が終了するとStopIterationも自動的に送出される。

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正解は「membersはクラス変数としてすべてのインスタンスで共有されるため、あるインスタンスのadd_memberで追加した要素が他のインスタンスのmembersにも現れる」である。公式チュートリアルは、クラス変数を『そのクラスのすべてのインスタンスによって共有される属性』、インスタンス変数を『それぞれのインスタンスについて固有のデータ』と説明しており、class文の直下でmembers = []のように書いた変数はクラス変数になる。self.membersに対してappendのような変更操作を行うと、共有された同じリストオブジェクトが変更されるため、他のインスタンスから見ても変化が現れる。一方、self.name = nameのように__init__の中でselfへ代入した変数はインスタンス変数であり、インスタンスごとに固有のデータになるため、他のインスタンスのnameには影響しない。公式チュートリアルは、リストや辞書のような可変オブジェクトをクラス変数にすると、全インスタンスで共有されてしまう場合があると注意している。

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正解は「x.f()はMyClass.f(x)と厳密に等価であり、インスタンスの非データ属性が関数オブジェクトとして見つかると、インスタンスと関数への参照がメソッドオブジェクトにパックされる」である。公式チュートリアルは、x.f()という呼び出しがMyClass.f(x)と厳密に等価であると述べている。インスタンスの非データ属性が参照されたとき、そのインスタンスのクラスが検索され、見つかった属性が関数オブジェクトであれば、インスタンスへの参照と関数オブジェクトへの参照がメソッドオブジェクトにパックされると説明されている。このメソッドオブジェクトはm.__self__でインスタンスを、m.__func__で対応する関数オブジェクトを参照する属性を持つ。xを渡す必要がないという説明や、m.__func__とm.__self__の対応を入れ替えた説明、メソッドオブジェクトが関数オブジェクトへの参照を持たないという説明は、いずれも公式チュートリアルの記載と一致しない。

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正解は「深さ優先・左から右の順で探索され、まずBase1とその基底クラスを再帰的に探索し、見つからなければBase2を探索する。ただし同じクラスが継承階層に複数回現れる場合は2度探索しない」である。公式チュートリアルは、class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3):のような定義における属性の探索が深さ優先・左から右で行われ、まずBase1とその基底クラスを再帰的に探索し、見つからなければBase2を探索すると説明している。また、同じクラスが継承階層で複数回現れる場合(ダイアモンド継承)は2度探索しないとし、協調的なsuper()呼び出しに対応するためメソッド解決順序(MRO)は動的なアルゴリズムで線形化されると述べている。Base3から先に探索するという説明や、3つを同時に探索して最後に書かれたものを優先するという説明、探索順序が定義されていないという説明は、いずれも公式チュートリアルの記載と一致しない。

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正解は「最も内側のローカルな名前、外側の関数の名前、モジュールのグローバルな名前、ビルトイン名の順」である。公式チュートリアル9.2は、最初に探される最も内側のスコープがローカルな名前を持ち、次に外側の関数のスコープが近いほうから順に探され、その次がモジュールのグローバルな名前、一番外側で最後に検索されるのがビルトイン名だと説明している。グローバルな名前やビルトイン名を先に探す順序ではなく、外側の関数のスコープもグローバルより先に探される。

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正解は「nonlocal文」である。公式チュートリアル9.2は、最も内側のスコープの外側にある変数に再束縛するにはnonlocal文を使うと説明している。nonlocalと宣言されなかった変数は読み出し専用となり、そのような変数への書き込みは新しいローカル変数を最も内側のスコープで作るだけで、外側のスコープの値は変化しない。global文はモジュールのグローバルスコープの変数を対象にするものであり、外側の関数のスコープの変数を対象にするものではない。del文は名前への束縛を取り除く文である。

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正解は「scope_test内は"nonlocal spam"、モジュールレベルは"global spam"」である。公式チュートリアル9.2.1の例では、デフォルトのローカルな代入はscope_test上のspamへの束縛を変更せず、nonlocal代入はscope_test上のspamへの束縛を変更し、global代入はモジュールレベルの束縛を変更する。出力は、ローカル代入の後が"test spam"、nonlocal代入の後が"nonlocal spam"、global代入の後もscope_test内は"nonlocal spam"のままで、モジュールレベルは"global spam"になる。global代入の前にはモジュールレベルのspamには何も束縛されていなかった。

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正解は「新しく作られたインスタンスに対して__init__()が自動的に呼び出され、3.0と-4.5が引数として渡される」である。公式チュートリアル9.3.2は、クラスが__init__()メソッドを定義している場合、クラスをインスタンス化すると新しく作られたクラスインスタンスに対して自動的に__init__()を呼び出すと説明している。また、クラスのインスタンス化操作に渡された引数は__init__()に渡される。明示的に呼び出す必要はなく、クラスはインスタンス化のために関数記法で呼び出せる。

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正解は「kindは全インスタンスで共有されるクラス変数で、nameはインスタンスごとに固有のインスタンス変数である」である。公式チュートリアル9.3.5は、インスタンス変数はそれぞれのインスタンスについて固有のデータのためのもの、クラス変数はそのクラスのすべてのインスタンスによって共有される属性やメソッドのためのものだと説明している。この例では、d.kindもe.kindも'canine'で共有され、d.nameは'Fido'、e.nameは'Buddy'とそれぞれ固有である。

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正解は「データ属性は最初に代入された時点で生まれるため、インスタンスxにcounter属性が作られる」である。公式チュートリアル9.3.3は、データ属性は、ローカル変数と同じように、最初に代入された時点で湧き出てくると説明し、x.counter = 1を実行して値を使った後にdel x.counterで跡を残さず削除できる例を示している。事前の宣言は必要なく、代入したインスタンスだけに属性が作られる。なお、代入で作られた属性は、公式チュートリアルの例のようにdel x.counterで削除でき、その後は跡が残らない。

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正解は「obj.__class__がintまたはintの派生クラスである場合に限る」である。公式チュートリアル9.5は、isinstance()でインスタンスの型が調べられ、isinstance(obj, int)はobj.__class__がintやintの派生クラスの場合に限りTrueになると説明している。リテラルかどうかや値の変換可否は条件ではなく、派生クラスもTrueになる。isinstance()は、継承関係も含めて型を調べるため、派生クラスのインスタンスにも使える。リテラルかどうかや、値が変換できるかどうかは判定の条件ではない。

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正解は「issubclass(bool, int)はTrue、issubclass(float, int)はFalse」である。公式チュートリアル9.5は、issubclass()でクラスの継承関係が調べられ、boolはintのサブクラスなのでissubclass(bool, int)はTrue、floatはintのサブクラスではないのでissubclass(float, int)はFalseになると説明している。issubclass()は、クラス同士の継承関係を調べるための組み込み関数で、isinstance()がインスタンスの型を調べるのと対になる。

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正解は「BaseClassName.methodname(self, arguments)と書く」である。公式チュートリアル9.5は、派生クラスで上書きしたメソッドは基底クラスの同名のメソッドを置き換えるのではなく拡張したい場合があり、基底クラスのメソッドを直接呼び出す簡単な方法として、単にBaseClassName.methodname(self, arguments)を呼び出すと説明している。この呼び出し方が動作するのは、基底クラスがグローバルスコープのBaseClassNameという名前でアクセスできるときだけである。

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正解は「コンテナに対してiter()を呼び、返されたイテレータの__next__()で要素を1つずつ取り出し、要素が尽きるとStopIteration例外でループが終了する」である。公式チュートリアル9.8は、for文は裏でコンテナオブジェクトに対してiter()関数を呼び、その関数は要素に1つずつアクセスする__next__()メソッドが定義されたイテレータオブジェクトを返すと説明している。これ以上要素がない場合、__next__()メソッドはStopIteration例外を送出し、その通知を受けてforループは終了する。

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正解は「__next__()メソッドを持つオブジェクトを返す__iter__()メソッドを定義する。クラス自身が__next__()を定義している場合は、__iter__()は単にselfを返してよい」である。公式チュートリアル9.8は、自作のクラスにイテレータとしての振る舞いを追加するには、__next__()メソッドを持つオブジェクトを返す__iter__()メソッドを定義すればよいと説明し、クラスが__next__()を定義している場合は__iter__()は単にselfを返すことも可能だと述べている。要素が尽きたときは__next__()でStopIterationを送出する。

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正解は「__iter__()と__next__()が自動で作成され、ローカル変数と実行状態が自動で保存され、終了時にStopIterationが自動で送出されるから」である。公式チュートリアル9.9は、ジェネレータの定義がコンパクトになるのは__iter__()メソッドと__next__()メソッドが自動で作成されるからであり、呼び出しごとにローカル変数と実行状態が自動的に保存され、終了時には自動的にStopIterationが送出されると説明している。これらの機能により、通常の関数を書くのと同じ労力でイテレータを生成できる。

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正解は「リスト内包表記に似た構文で、角括弧ではなく丸括弧で囲む」である。公式チュートリアル9.10は、単純なジェネレータは式として簡潔にコーディングでき、その式はリスト内包表記に似た構文を使うが、角括弧ではなく丸括弧で囲うと説明している。ジェネレータ式は、関数の中でジェネレータをすぐに使いたいような状況のために用意されている。括弧の種類が違うだけで、リスト内包表記に似た構文で書ける点が要点である。ジェネレータ式は、関数の中でジェネレータをすぐに使いたい状況のために用意されている。

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正解は「dataclassesを使う」である。公式チュートリアル9.7は、Pascalのレコード（record）やC言語の構造体（struct）のように名前つきのデータ要素を一まとめにするデータ型があると便利なことがあり、慣用的な手法としてこの目的にdataclassesを使用すると説明している。例として、@dataclassを付けたクラスEmployeeにname・dept・salaryを宣言し、Employee('john', 'computer lab', 1000)でインスタンスを作る形が示されている。

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正解は「m.__self__はmの属しているインスタンスオブジェクトで、m.__func__はそのメソッドに対応する関数オブジェクトである」である。公式チュートリアル9.7は、インスタンスメソッドオブジェクトにも属性があり、m.__self__はメソッドm()の属しているインスタンスオブジェクト、m.__func__はそのメソッドに対応する関数オブジェクトだと説明している。9.3.4の説明のとおり、メソッドオブジェクトはインスタンスへの参照と関数オブジェクトをパックしたものである。

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