この記事では、Pythonにおけるクラスでの演算子オーバーロードの方法について解説します。具体的なコード例とその詳細な解説、さらに応用例を3つ以上紹介しています。この技術をマスターすることで、Pythonプログラミングがさらに快適で強力になります。
目次
演算子オーバーロードとは
演算子オーバーロードとは、プログラミング言語が元々持っている演算子（+, -, *, / など）に対して、ユーザー定義クラスで独自の動作を割り当てる機能です。この機能を使うことで、クラスのインスタンス間で自然な数学的表現が可能になります。
Pythonでの対応
Pythonでは、特定のメソッド名をクラス内に定義することで演算子オーバーロードを実現します。例えば、`__add__`メソッドを定義すると、`+`演算子がオーバーロードされます。
class MyClass:
def __init__(self, value):
self.value = value
def __add__(self, other):
return MyClass(self.value + other.value)
基本的な使い方
__add__メソッド
最も基本的な`__add__`メソッドの使い方から見ていきましょう。
class MyClass:
def __init__(self, value):
self.value = value
def __add__(self, other):
return MyClass(self.value + other.value)
# インスタンスを作成
a = MyClass(5)
b = MyClass(3)
# 演算子オーバーロードを利用
c = a + b
print(c.value) # 出力は 8
その他の演算子
その他にも、`__sub__`で`-`、`__mul__`で`*`、`__truediv__`で`/`などがオーバーロードできます。
応用例
ここでは、具体的な応用例を3つ紹介します。
ベクトルの計算
2次元ベクトルを計算するクラスを考えます。足し算、引き算、スカラー倍を実装してみましょう。
class Vector:
def __init__(self, x, y):
self.x = x
self.y = y
def __add__(self, other):
return Vector(self.x + other.x, self.y + other.y)
def __sub__(self, other):
return Vector(self.x - other.x, self.y - other.y)
def __mul__(self, scalar):
return Vector(self.x * scalar, self.y * scalar)
# ベクトルの足し算
v1 = Vector(1, 2)
v2 = Vector(2, 3)
v3 = v1 + v2
print(f"v3: ({v3.x}, {v3.y})") # 出力は v3: (3, 5)
行列の計算
2×2の行列を計算するクラスを作成して、行列の加算と乗算をオーバーロードします。
class Matrix:
def __init__(self, a, b, c, d):
self.a = a
self.b = b
self.c = c
self.d = d
def __add__(self, other):
return Matrix(self.a + other.a, self.b + other.b, self.c + other.c, self.d + other.d)
def __mul__(self, other):
return Matrix(
self.a * other.a + self.b * other.c,
self.a * other.b + self.b * other.d,
self.c * other.a + self.d * other.c,
self.c * other.b + self.d * other.d
)
複数の数値型の対応
整数と浮動小数点数を同時に扱いたい場合、型のチェックとキャスティングが必要です。
class MyNumber:
def __init__(self, value):
self.value = value
def __add__(self, other):
if isinstance(other, MyNumber):
return MyNumber(self.value + other.value)
elif isinstance(other, (int, float)):
return MyNumber(self.value + other)
else:
raise TypeError(f"Unsupported type: {type(other)}")
# インスタンスを作成
num1 = MyNumber(5)
num2 = MyNumber(3.2)
num3 = num1
+ num2
print(num3.value) # 出力は 8.2
まとめ
Pythonの演算子オーバーロードは、クラスで特定のメソッドを実装することで独自の動作を定義できます。この記事で紹介した基本的な使い方と応用例を参考に、独自のクラスで演算子オーバーロードを活用してみてください。
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