Практикум по классам в Python: от простых до сложных задач

Расширенные примеры работы с классами

1. Класс для комплексных чисел с полной арифметикой

Реализуем класс Complex, поддерживающий сложение, вычитание, умножение и сравнение.

class Complex:
    def __init__(self, real, imag=0):
        self.real = real
        self.imag = imag

    def __add__(self, other):
        if isinstance(other, Complex):
            return Complex(self.real + other.real, self.imag + other.imag)
        return NotImplemented

    def __sub__(self, other):
        if isinstance(other, Complex):
            return Complex(self.real - other.real, self.imag - other.imag)
        return NotImplemented

    def __mul__(self, other):
        if isinstance(other, Complex):
            real = self.real * other.real - self.imag * other.imag
            imag = self.real * other.imag + self.imag * other.real
            return Complex(real, imag)
        return NotImplemented

    def __repr__(self):
        sign = '+' if self.imag >= 0 else '-'
        return f"{self.real} {sign} {abs(self.imag)}i"

    def __eq__(self, other):
        if isinstance(other, Complex):
            return self.real == other.real and self.imag == other.imag
        return NotImplemented

c1 = Complex(3, 4)
c2 = Complex(1, -2)
print(c1 + c2)  # 4 + 2i
print(c1 - c2)  # 2 + 6i
print(c1 * c2)  # 11 - 2i
print(c1 == Complex(3, 4))  # True

2. Класс для представления ориентированного графа с методами добавления ребер и обходом

Используются словари для хранения списков смежности.

class Graph:
    def __init__(self):
        self.adj = {}

    def add_vertex(self, vertex):
        if vertex not in self.adj:
            self.adj[vertex] = []

    def add_edge(self, v1, v2):
        self.add_vertex(v1)
        self.add_vertex(v2)
        self.adj[v1].append(v2)

    def dfs(self, start, visited=None):
        if visited is None:
            visited = set()
        visited.add(start)
        print(start, end=' ')
        for neighbor in self.adj.get(start, []):
            if neighbor not in visited:
                self.dfs(neighbor, visited)
        return visited

g = Graph()
g.add_edge('A', 'B')
g.add_edge('A', 'C')
g.add_edge('B', 'D')
g.add_edge('C', 'D')
print('DFS:', end=' ')
g.dfs('A')  # A B D C

3. Использование __slots__ для экономии памяти

Класс с фиксированным набором атрибутов, что уменьшает потребление памяти.

class Point:
    __slots__ = ('x', 'y')

    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

# Попытка добавить новый атрибут вызовет AttributeError
p = Point(1, 2)
# p.z = 3  # Ошибка

print(p.x, p.y)  # 1 2
print(p.__slots__)  # ('x', 'y')

4. Дескрипторы для управления атрибутами

Создаем дескриптор, который проверяет, что значение является положительным числом.

class PositiveNumber:
    def __set_name__(self, owner, name):
        self.name = name

    def __get__(self, instance, owner):
        if instance is None:
            return self
        return instance.__dict__.get(self.name)

    def __set__(self, instance, value):
        if not isinstance(value, (int, float)) or value <= 0:
            raise ValueError(f"{self.name} должно быть положительным числом")
        instance.__dict__[self.name] = value

class Order:
    quantity = PositiveNumber()
    price = PositiveNumber()

    def __init__(self, quantity, price):
        self.quantity = quantity
        self.price = price

o = Order(5, 100.0)
print(o.quantity, o.price)  # 5 100.0
# o.quantity = -1  # ValueError

5. Метакласс для автоматической регистрации классов

Метакласс добавляет каждый созданный класс в реестр.

registry = {}

class RegistryMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, namespace):
        new_class = super().__new__(cls, name, bases, namespace)
        registry[name] = new_class
        return new_class

class Base(metaclass=RegistryMeta):
    pass

class Dog(Base):
    def bark(self):
        print("Woof!")

class Cat(Base):
    def meow(self):
        print("Meow!")

print(registry)  # {'Base': <class '__main__.Base'>, 'Dog': <class '__main__.Dog'>, 'Cat': <class '__main__.Cat'>}