10. Clases

Las clases proveen una forma de empaquetar datos y funcionalidad juntos. Al crear una nueva clase, se crea un nuevo tipo de objeto, permitiendo crear nuevas instancias de ese tipo. Cada instancia de clase puede tener atributos adjuntos para mantener su estado. Las instancias de clase también pueden tener métodos (definidos por su clase) para modificar su estado.

Comparado con otros lenguajes de programación, el mecanismo de clases de Python agrega clases con un mínimo de nuevas sintaxis y semánticas. Es una mezcla de los mecanismos de clases encontrados en C++ y Modula-3. Las clases de Python proveen todas las características normales de la Programación Orientada a Objetos: el mecanismo de la herencia de clases permite múltiples clases base, una clase derivada puede sobre escribir cualquier método de su(s) clase(s) base, y un método puede llamar al método de la clase base con el mismo nombre. Los objetos pueden tener una cantidad arbitraria de datos de cualquier tipo. Igual que con los módulos, las clases participan de la naturaleza dinámica de Python: se crean en tiempo de ejecución, y pueden modificarse luego de la creación.

En terminología de C++, normalmente los miembros de las clases (incluyendo los miembros de datos), son públicos (excepto ver abajo Variables privadas), y todas las funciones miembro son virtuales. Como en Modula-3, no hay atajos para hacer referencia a los miembros del objeto desde sus métodos: la función método se declara con un primer argumento explícito que representa al objeto, el cual se provee implícitamente por la llamada. Como en Smalltalk, las clases mismas son objetos. Esto provee una semántica para importar y renombrar. A diferencia de C++ y Modula-3, los tipos de datos integrados pueden usarse como clases base para que el usuario los extienda. También, como en C++ pero a diferencia de Modula-3, la mayoría de los operadores integrados con sintaxis especial (operadores aritméticos, de subíndice, etc.) pueden ser redefinidos por instancias de la clase.

(Sin haber una terminología universalmente aceptada sobre clases, haré uso ocasional de términos de Smalltalk y C++. Usaría términos de Modula-3, ya que su semántica orientada a objetos es más cercana a Python que C++, pero no espero que muchos lectores hayan escuchado hablar de él).

10.1. Unas palabras sobre nombres y objetos

Los objetos tienen individualidad, y múltiples nombres (en muchos ámbitos) pueden vincularse al mismo objeto. Esto se conoce como aliasing en otros lenguajes. Normalmente no se aprecia esto a primera vista en Python, y puede ignorarse sin problemas cuando se maneja tipos básicos inmutables (números, cadenas, tuplas). Sin embargo, el aliasing, o renombrado, tiene un efecto posiblemente sorpresivo sobre la semántica de código Python que involucra objetos mutables como listas, diccionarios, y la mayoría de otros tipos. Esto se usa normalmente para beneficio del programa, ya que los renombres funcionan como punteros en algunos aspectos. Por ejemplo, pasar un objeto es barato ya que la implementación solamente pasa el puntero; y si una función modifica el objeto que fue pasado, el que la llama verá el cambio; esto elimina la necesidad de tener dos formas diferentes de pasar argumentos, como en Pascal.

10.2. Ámbitos y espacios de nombres en Python

Antes de ver clases, primero debo decirte algo acerca de las reglas de ámbito de Python. Las definiciones de clases hacen unos lindos trucos con los espacios de nombres, y necesitás saber cómo funcionan los alcances y espacios de nombres para entender por completo cómo es la cosa. De paso, los conocimientos en este tema son útiles para cualquier programador Python avanzado.

Comencemos con unas definiciones.

Un espacio de nombres es una relación de nombres a objetos. Muchos espacios de nombres están implementados en este momento como diccionarios de Python, pero eso no se nota para nada (excepto por el desempeño), y puede cambiar en el futuro. Como ejemplos de espacios de nombres tenés: el conjunto de nombres incluidos (conteniendo funciones como abs(), y los nombres de excepciones integradas); los nombres globales en un módulo; y los nombres locales en la invocación a una función. Lo que es importante saber de los espacios de nombres es que no hay relación en absoluto entre los nombres de espacios de nombres distintos; por ejemplo, dos módulos diferentes pueden tener definidos los dos una función maximizar sin confusión; los usuarios de los módulos deben usar el nombre del módulo como prefijo.

Por cierto, yo uso la palabra atributo para cualquier cosa después de un punto; por ejemplo, en la expresión z.real, real es un atributo del objeto z. Estrictamente hablando, las referencias a nombres en módulos son referencias a atributos: en la expresión modulo.funcion, modulo es un objeto módulo y funcion es un atributo de éste. En este caso hay una relación directa entre los atributos del módulo y los nombres globales definidos en el módulo: ¡están compartiendo el mismo espacio de nombres! [1]

Los atributos pueden ser de sólo lectura, o de escritura. En el último caso es posible la asignación a atributos. Los atributos de módulo pueden escribirse: modulo.la_respuesta = 42. Los atributos de escritura se pueden borrar también con la declaración del. Por ejemplo, del modulo.la_respuesta va a eliminar el atributo la_respuesta del objeto con nombre modulo.

Los espacios de nombres se crean en diferentes momentos y con diferentes tiempos de vida. El espacio de nombres que contiene los nombres incluidos se crea cuando se inicia el intérprete, y nunca se borra. El espacio de nombres global de un módulo se crea cuando se lee la definición de un módulo; normalmente, los espacios de nombres de módulos también duran hasta que el intérprete finaliza. Las instrucciones ejecutadas en el nivel de llamadas superior del intérprete, ya sea desde un script o interactivamente, se consideran parte del módulo llamado __main__, por lo tanto tienen su propio espacio de nombres global. (Los nombres incluidos en realidad también viven en un módulo; este se llama builtins.)

El espacio de nombres local a una función se crea cuando la función es llamada, y se elimina cuando la función retorna o lanza una excepción que no se maneje dentro de la función. (Podríamos decir que lo que pasa en realidad es que ese espacio de nombres se “olvida”.) Por supuesto, las llamadas recursivas tienen cada una su propio espacio de nombres local.

Un ámbito es una región textual de un programa en Python donde un espacio de nombres es accesible directamente. “Accesible directamente” significa que una referencia sin calificar a un nombre intenta encontrar dicho nombre dentro del espacio de nombres.

Aunque los alcances se determinan estáticamente, se usan dinámicamente. En cualquier momento durante la ejecución hay por lo menos cuatro alcances anidados cuyos espacios de nombres son directamente accesibles:

  • el ámbito interno, donde se busca primero, contiene los nombres locales
  • los espacios de nombres de las funciones anexas, en las cuales se busca empezando por el ámbito adjunto más cercano, contiene los nombres no locales pero también los no globales
  • el ámbito anteúltimo contiene los nombres globales del módulo actual
  • el ámbito exterior (donde se busca al final) es el espacio de nombres que contiene los nombres incluidos

Si un nombre se declara como global, entonces todas las referencias y asignaciones al mismo van directo al ámbito intermedio que contiene los nombres globales del módulo. Para reasignar nombres encontrados afuera del ámbito más interno, se puede usar la declaración nonlocal; si no se declara nonlocal, esas variables serán de sólo lectura (un intento de escribir a esas variables simplemente crea una nueva variable local en el ámbito interno, dejando intacta la variable externa del mismo nombre).

Habitualmente, el ámbito local referencia los nombres locales de la función actual. Fuera de una función, el ámbito local referencia al mismo espacio de nombres que el ámbito global: el espacio de nombres del módulo. Las definiciones de clases crean un espacio de nombres más en el ámbito local.

Es importante notar que los alcances se determinan textualmente: el ámbito global de una función definida en un módulo es el espacio de nombres de ese módulo, no importa desde dónde o con qué alias se llame a la función. Por otro lado, la búsqueda de nombres se hace dinámicamente, en tiempo de ejecución; sin embargo, la definición del lenguaje está evolucionando a hacer resolución de nombres estáticamente, en tiempo de “compilación”, ¡así que no te confíes de la resolución de nombres dinámica! (De hecho, las variables locales ya se determinan estáticamente.)

Una peculiaridad especial de Python es que, si no hay una declaración global o nonlocal en efecto, las asignaciones a nombres siempre van al ámbito interno. Las asignaciones no copian datos, solamente asocian nombres a objetos. Lo mismo cuando se borra: la declaración del x quita la asociación de x del espacio de nombres referenciado por el ámbito local. De hecho, todas las operaciones que introducen nuevos nombres usan el ámbito local: en particular, las instrucciones import y las definiciones de funciones asocian el módulo o nombre de la función al espacio de nombres en el ámbito local.

La declaración global puede usarse para indicar que ciertas variables viven en el ámbito global y deberían reasignarse allí; la declaración nonlocal indica que ciertas variables viven en un ámbito encerrado y deberían reasignarse allí.

10.2.1. Ejémplo de ámbitos y espacios de nombre

Este es un ejemplo que muestra como hacer referencia a distintos ámbitos y espacios de nombres, y cómo las declaraciones global y nonlocal afectan la asignación de variables:

def prueba_ambitos():
    def hacer_local():
        algo = "algo local"
    def hacer_nonlocal():
        nonlocal algo
        algo = "algo no local"
    def hacer_global():
        global algo
        algo = "algo global"
    algo = "algo de prueba"
    hacer_local()
    print("Luego de la asignación local:", algo)
    hacer_nonlocal()
    print("Luego de la asignación no local:", algo)
    hacer_global()
    print("Luego de la asignación global:", algo)

prueba_ambitos()
print("In global scope:", algo)

El resultado del código ejemplo es:

Luego de la asignación local: algo de prueba
Luego de la asignación no local: algo no local
Luego de la asignación global: algo no local
En el ámbito global: algo global

Notá como la asignación local (que es el comportamiento normal) no cambió la vinculación de algo de prueba_ambitos. La asignación nonlocal cambió la vinculación de algo de prueba_ambitos, y la asignación global cambió la vinculación a nivel de módulo.

También podés ver que no había vinculación para algo antes de la asignación global.

10.3. Un primer vistazo a las clases

Las clases introducen un poquito de sintaxis nueva, tres nuevos tipos de objetos y algo de semántica nueva.

10.3.1. Sintaxis de definición de clases

La forma más sencilla de definición de una clase se ve así:

class Clase:
    <declaración-1>
    .
    .
    .
    <declaración-N>

Las definiciones de clases, al igual que las definiciones de funciones (instrucciones def) deben ejecutarse antes de que tengan efecto alguno. (Es concebible poner una definición de clase dentro de una rama de un if, o dentro de una función.)

En la práctica, las declaraciones dentro de una clase son definiciones de funciones, pero otras declaraciones son permitidas, y a veces resultan útiles; veremos esto más adelante. Las definiciones de funciones dentro de una clase normalmente tienen una lista de argumentos peculiar, dictada por las convenciones de invocación de métodos; a esto también lo veremos más adelante.

Cuando se ingresa una definición de clase, se crea un nuevo espacio de nombres, el cual se usa como ámbito local; por lo tanto, todas las asignaciones a variables locales van a este nuevo espacio de nombres. En particular, las definiciones de funciones asocian el nombre de las funciones nuevas allí.

Cuando una definición de clase se finaliza normalmente se crea un objeto clase. Básicamente, este objeto envuelve los contenidos del espacio de nombres creado por la definición de la clase; aprenderemos más acerca de los objetos clase en la sección siguiente. El ámbito local original (el que tenía efecto justo antes de que ingrese la definición de la clase) es restablecido, y el objeto clase se asocia allí al nombre que se le puso a la clase en el encabezado de su definición (Clase en el ejemplo).

10.3.2. Objetos clase

Los objetos clase soportan dos tipos de operaciones: hacer referencia a atributos e instanciación.

Para hacer referencia a atributos se usa la sintaxis estándar de todas las referencias a atributos en Python: objeto.nombre. Los nombres de atributo válidos son todos los nombres que estaban en el espacio de nombres de la clase cuando ésta se creó. Por lo tanto, si la definición de la clase es así:

class MiClase:
    """Simple clase de ejemplo"""
    i = 12345
    def f(self):
        return 'hola mundo'

…entonces MiClase.i y MiClase.f son referencias de atributos válidas, que devuelven un entero y un objeto función respectivamente. Los atributos de clase también pueden ser asignados, o sea que podés cambiar el valor de MiClase.i mediante asignación. __doc__ también es un atributo válido, que devuelve la documentación asociada a la clase: "Simple clase de ejemplo".

La instanciación de clases usa la notación de funciones. Hacé de cuenta que el objeto de clase es una función sin parámetros que devuelve una nueva instancia de la clase. Por ejemplo (para la clase de más arriba):

x = MiClase()

…crea una nueva instancia de la clase y asigna este objeto a la variable local x.

La operación de instanciación (“llamar” a un objeto clase) crea un objeto vacío. Muchas clases necesitan crear objetos con instancias en un estado inicial particular. Por lo tanto una clase puede definir un método especial llamado __init__(), de esta forma:

def __init__(self):
    self.datos = []

Cuando una clase define un método __init__(), la instanciación de la clase automáticamente invoca a __init__() para la instancia recién creada. Entonces, en este ejemplo, una instancia nueva e inicializada se puede obtener haciendo:

x = MiClase()

Por supuesto, el método __init__() puede tener argumentos para mayor flexibilidad. En ese caso, los argumentos que se pasen al operador de instanciación de la clase van a parar al método __init__(). Por ejemplo,

>>> class Complejo:
...     def __init__(self, partereal, parteimaginaria):
...         self.r = partereal
...         self.i = parteimaginaria
...
>>> x = Complejo(3.0, -4.5)
>>> x.r, x.i
(3.0, -4.5)

10.3.3. Objetos instancia

Ahora, ¿Qué podemos hacer con los objetos instancia? La única operación que es entendida por los objetos instancia es la referencia de atributos. Hay dos tipos de nombres de atributos válidos, atributos de datos y métodos.

Los atributos de datos se corresponden con las “variables de instancia” en Smalltalk, y con las “variables miembro” en C++. Los atributos de datos no necesitan ser declarados; tal como las variables locales son creados la primera vez que se les asigna algo. Por ejemplo, si x es la instancia de MiClase creada más arriba, el siguiente pedazo de código va a imprimir el valor 16, sin dejar ningún rastro:

x.contador = 1
while x.contador < 10:
    x.contador = x.contador * 2
print(x.contador)
del x.contador

El otro tipo de atributo de instancia es el método. Un método es una función que “pertenece a” un objeto. En Python, el término método no está limitado a instancias de clase: otros tipos de objetos pueden tener métodos también. Por ejemplo, los objetos lista tienen métodos llamados append, insert, remove, sort, y así sucesivamente. Pero, en la siguiente explicación, usaremos el término método para referirnos exclusivamente a métodos de objetos instancia de clase, a menos que se especifique explícitamente lo contrario.

Los nombres válidos de métodos de un objeto instancia dependen de su clase. Por definición, todos los atributos de clase que son objetos funciones definen métodos correspondientes de sus instancias. Entonces, en nuestro ejemplo, x.f es una referencia a un método válido, dado que MiClase.f es una función, pero x.i no lo es, dado que MiClase.i no lo es. Pero x.f no es la misma cosa que MiClase.f; es un objeto método, no un objeto función.

10.3.4. Objetos método

Generalmente, un método es llamado luego de ser vinculado:

x.f()

En el ejemplo MiClase, esto devuelve la cadena 'hola mundo'. Pero no es necesario llamar al método justo en ese momento: x.f es un objeto método, y puede ser guardado y llamado más tarde. Por ejemplo:

xf = x.f
while True:
    print(xf())

…continuará imprimiendo hola mundo hasta el fin de los días.

¿Qué sucede exactamente cuando un método es llamado? Debés haber notado que x.f() fue llamado más arriba sin ningún argumento, a pesar de que la definición de función de f() especificaba un argumento. ¿Qué pasó con ese argumento? Seguramente Python levanta una excepción cuando una función que requiere un argumento es llamada sin ninguno, aún si el argumento no es utilizado…

De hecho, tal vez hayas adivinado la respuesta: lo que tienen de especial los métodos es que el objeto es pasado como el primer argumento de la función. En nuestro ejemplo, la llamada x.f() es exactamente equivalente a MiClase.f(x). En general, llamar a un método con una lista de n argumentos es equivalente a llamar a la función correspondiente con una lista de argumentos que es creada insertando el objeto del método antes del primer argumento.

Si aún no comprendés como funcionan los métodos, un vistazo a la implementación puede ayudar a clarificar este tema. Cuando se hace referencia un atributo de instancia y no es un atributo de datos, se busca dentro de su clase. Si el nombre denota un atributo de clase válido que es un objeto función, se crea un objeto método juntando (punteros a) el objeto instancia y el objeto función que ha sido encontrado. Este objeto abstracto creado de esta unión es el objeto método. Cuando el objeto método es llamado con una lista de argumentos, una lista de argumentos nueva es construida a partir del objeto instancia y la lista de argumentos original, y el objeto función es llamado con esta nueva lista de argumentos.

10.3.5. Variables de clase y de instancia

En general, las variables de instancia son para datos únicos de cada instancia y las variables de clase son para atributos y métodos compartidos por todas las instancias de la clase:

class Perro:

    tipo = 'canino'                 # variable de clase compartida por todas las instancias

    def __init__(self, nombre):
        self.nombre = nombre        # variable de instancia única para la instancia

  >>> d = Perro('Fido')
  >>> e = Perro('Buddy')
  >>> d.tipo                    # compartido por todos los perros
  'canino'
  >>> e.tipo                    # compartido por todos los perros
  'canino'
  >>> d.nombre                  # único para d
  'Fido'
  >>> e.nombre                  # único para e
  'Buddy'

Como se vió en Unas palabras sobre nombres y objetos, los datos compartidos pueden tener efectos inesperados que involucren objetos mutables como ser listas y diccionarios. Por ejemplo, la lista trucos en el siguiente código no debería ser usada como variable de clase porque una sola lista sería compartida por todos las instancias de Perro:

class Perro:

    trucos = []        # uso incorrecto de una variable de clase

    def __init__(self, nombre):
        self.nombre = nombre

    def agregar_truco(self, truco):
        self.trucos.append(truco)

  >>> d = Perro('Fido')
  >>> e = Perro('Buddy')
  >>> d.agregar_truco('girar')
  >>> e.agregar_truco('hacerse el muerto')
  >>> d.trucos                # compartidos por todos los perros inesperadamente
  ['girar', 'hacerse el muerto']

El diseño correcto de esta clase sería usando una variable de instancia:

class Perro:

    def __init__(self, nombre):
        self.nombre = nombre
        self.trucos = []    # crea una nueva lista vacía para cada perro

    def agregar_truco(self, truco):
        self.trucos.append(truco)

>>> d = Perro('Fido')
>>> e = Perro('Buddy')
>>> d.agregar_truco('girar')
>>> e.agregar_truco('hacerse el muerto')
>>> d.trucos
['girar']
>>> e.trucos
['hacerse el muerto']

10.4. Algunas observaciones

Los atributos de datos tienen preferencia sobre los métodos con el mismo nombre; para evitar conflictos de nombre accidentales, que pueden causar errores difíciles de encontrar en programas grandes, es prudente usar algún tipo de convención que minimice las posibilidades de dichos conflictos. Algunas convenciones pueden ser poner los nombres de métodos con mayúsculas, prefijar los nombres de atributos de datos con una pequeña cadena única (a lo mejor sólo un guión bajo), o usar verbos para los métodos y sustantivos para los atributos.

A los atributos de datos los pueden hacer referencia tanto los métodos como los usuarios (“clientes”) ordinarios de un objeto. En otras palabras, las clases no se usan para implementar tipos de datos abstractos puros. De hecho, en Python no hay nada que haga cumplir el ocultar datos; todo se basa en convención. (Por otro lado, la implementación de Python, escrita en C, puede ocultar por completo detalles de implementación y el control de acceso a un objeto si es necesario; esto se puede usar en extensiones a Python escritas en C.)

Los clientes deben usar los atributos de datos con cuidado; éstos pueden romper invariantes que mantienen los métodos si pisan los atributos de datos. Observá que los clientes pueden añadir sus propios atributos de datos a una instancia sin afectar la validez de sus métodos, siempre y cuando se eviten conflictos de nombres; de nuevo, una convención de nombres puede ahorrar un montón de dolores de cabeza.

No hay un atajo para hacer referencia a atributos de datos (¡u otros métodos!) desde dentro de un método. A mi parecer, esto en realidad aumenta la legibilidad de los métodos: no existe posibilidad alguna de confundir variables locales con variables de instancia cuando repasamos un método.

A menudo, el primer argumento de un método se llama self (uno mismo). Esto no es nada más que una convención: el nombre self no significa nada en especial para Python. Observá que, sin embargo, si no seguís la convención tu código puede resultar menos legible a otros programadores de Python, y puede llegar a pasar que un programa navegador de clases pueda escribirse de una manera que dependa de dicha convención.

Cualquier objeto función que es un atributo de clase define un método para instancias de esa clase. No es necesario que el la definición de la función esté textualmente dentro de la definición de la clase: asignando un objeto función a una variable local en la clase también está bien. Por ejemplo:

# Función definida fuera de la clase
def f1(self, x, y):
    return min(x, x+y)

class C:
    f = f1
    def g(self):
        return 'hola mundo'
    h = g

Ahora f, g y h son todos atributos de la clase C que hacen referencia a objetos función, y consecuentemente son todos métodos de las instancias de C; h siendo exactamente equivalente a g. Fijate que esta práctica normalmente sólo sirve para confundir al que lea un programa.

Los métodos pueden llamar a otros métodos de la instancia usando el argumento self:

class Bolsa:
    def __init__(self):
        self.datos = []
    def agregar(self, x):
        self.datos.append(x)
    def dobleagregar(self, x):
        self.agregar(x)
        self.agregar(x)

Los métodos pueden hacer referencia a nombres globales de la misma manera que lo hacen las funciones comunes. El ámbito global asociado a un método es el módulo que contiene su definición. (Una clase nunca se usa como un ámbito global.) Si bien es raro encontrar una buena razón para usar datos globales en un método, hay muchos usos legítimos del ámbito global: por lo menos, las funciones y módulos importados en el ámbito global pueden usarse por los métodos, al igual que las funciones y clases definidas en él. Habitualmente, la clase que contiene el método está definida en este ámbito global, y en la siguiente sección veremos algunas buenas razones por las que un método querría hacer referencia a su propia clase.

Todo valor es un objeto, y por lo tanto tiene una clase (también llamado su tipo). Ésta se almacena como objeto.__class__.

10.5. Herencia

Por supuesto, una característica del lenguaje no sería digna del nombre “clase” si no soportara herencia. La sintaxis para una definición de clase derivada se ve así:

class ClaseDerivada(ClaseBase):
    <declaración-1>
    .
    .
    .
    <declaración-N>

El nombre ClaseBase debe estar definido en un ámbito que contenga a la definición de la clase derivada. En el lugar del nombre de la clase base se permiten otras expresiones arbitrarias. Esto puede ser útil, por ejemplo, cuando la clase base está definida en otro módulo:

class ClaseDerivada(modulo.ClaseBase):

La ejecución de una definición de clase derivada procede de la misma forma que una clase base. Cuando el objeto clase se construye, se tiene en cuenta a la clase base. Esto se usa para resolver referencias a atributos: si un atributo solicitado no se encuentra en la clase, la búsqueda continúa por la clase base. Esta regla se aplica recursivamente si la clase base misma deriva de alguna otra clase.

No hay nada en especial en la instanciación de clases derivadas: ClaseDerivada() crea una nueva instancia de la clase. Las referencias a métodos se resuelven de la siguiente manera: se busca el atributo de clase correspondiente, descendiendo por la cadena de clases base si es necesario, y la referencia al método es válida si se entrega un objeto función.

Las clases derivadas pueden redefinir métodos de su clase base. Como los métodos no tienen privilegios especiales cuando llaman a otros métodos del mismo objeto, un método de la clase base que llame a otro método definido en la misma clase base puede terminar llamando a un método de la clase derivada que lo haya redefinido. (Para los programadores de C++: en Python todos los métodos son en efecto virtuales.)

Un método redefinido en una clase derivada puede de hecho querer extender en vez de simplemente reemplazar al método de la clase base con el mismo nombre. Hay una manera simple de llamar al método de la clase base directamente: simplemente llamás a ClaseBase.metodo(self, argumentos). En ocasiones esto es útil para los clientes también. (Observá que esto sólo funciona si la clase base es accesible como ClaseBase en el ámbito global.)

Python tiene dos funciones integradas que funcionan con herencia:

  • Usá isinstance() para verificar el tipo de una instancia: isinstance(obj, int) devuelve True solo si obj.__class__ es int o alguna clase derivada de int.
  • Usá issubclass() para comprobar herencia de clase: issubclass(bool, int) da True ya que bool es una subclase de int. Sin embargo, issubclass(float, int) devuelve False porque float no es una subclase de int.

10.5.1. Herencia múltiple

Python también soporta una forma de herencia múltiple. Una definición de clase con múltiples clases base se ve así:

class ClaseDerivada(Base1, Base2, Base3):
    <declaración-1>
    .
    .
    .
    <declaración-N>

Para la mayoría de los propósitos, en los casos más simples, podés pensar en la búsqueda de los atributos heredados de clases padres como primero en profundidad, de izquierda a derecha, sin repetir la misma clase cuando está dos veces en la jerarquía. Por lo tanto, si un atributo no se encuentra en ClaseDerivada, se busca en Base1, luego (recursivamente) en las clases base de Base1, y sólo si no se encuentra allí se lo busca en Base2, y así sucesivamente.

En realidad es un poco más complejo que eso; el orden de resolución de métodos cambia dinámicamente para soportar las llamadas cooperativas a super(). Este enfoque es conocido en otros lenguajes con herencia múltiple como “llámese al siguiente método” y es más poderoso que la llamada al superior que se encuentra en lenguajes con sólo herencia simple.

El ordenamiento dinámico es necesario porque todos los casos de herencia múltiple exhiben una o más relaciones en diamante (cuando se puede llegar al menos a una de las clases base por distintos caminos desde la clase de más abajo). Por ejemplo, todas las clases heredan de object, por lo tanto cualquier caso de herencia múltiple provee más de un camino para llegar a object. Para que las clases base no sean accedidas más de una vez, el algoritmo dinámico hace lineal el orden de búsqueda de manera que se preserve el orden de izquierda a derecha especificado en cada clase, que se llame a cada clase base sólo una vez, y que sea monótona (lo cual significa que una clase puede tener clases derivadas sin afectar el orden de precedencia de sus clases bases). En conjunto, estas propiedades hacen posible diseñar clases confiables y extensibles con herencia múltiple. Para más detalles mirá https://www.python.org/download/releases/2.3/mro/.

10.6. Variables privadas

Las variables “privadas” de instancia, que no pueden accederse excepto desde dentro de un objeto, no existen en Python. Sin embargo, hay una convención que se sigue en la mayoría del código Python: un nombre prefijado con un guión bajo (por ejemplo, _spam) debería tratarse como una parte no pública de la API (más allá de que sea una función, un método, o un dato). Debería considerarse un detalle de implementación y que está sujeto a cambios sin aviso.

Ya que hay un caso de uso válido para los identificadores privados de clase (a saber: colisión de nombres con nombres definidos en las subclases), hay un soporte limitado para este mecanismo. Cualquier identificador con la forma __spam (al menos dos guiones bajos al principio, como mucho un guión bajo al final) es textualmente reemplazado por _nombredeclase__spam, donde nombredeclase es el nombre de clase actual al que se le sacan guiones bajos del comienzo (si los tuviera). Se modifica el nombre del identificador sin importar su posición sintáctica, siempre y cuando ocurra dentro de la definición de una clase.

La modificación de nombres es útil para dejar que las subclases sobreescriban los métodos sin romper las llamadas a los métodos desde la misma clase. Por ejemplo:

class Mapeo:
    def __init__(self, iterable):
        self.lista_de_items = []
        self.__actualizar(iterable)

    def actualizar(self, iterable):
        for item in iterable:
            self.lista_de_items.append(item)

    __actualizar = actualizar   # copia privada del actualizar() original

class SubClaseMapeo(Mapeo):

    def actualizar(self, keys, values):
        # provee una nueva signatura para actualizar()
        # pero no rompe __init__()
        for item in zip(keys, values):
            self.lista_de_items.append(item)

Hay que aclarar que las reglas de modificación de nombres están diseñadas principalmente para evitar accidentes; es posible acceder o modificar una variable que es considerada como privada. Esto hasta puede resultar útil en circunstancias especiales, tales como en el depurador.

Notar que el código pasado a exec o eval() no considera que el nombre de clase de la clase que invoca sea la clase actual; esto es similar al efecto de la sentencia global, efecto que es de similar manera restringido a código que es compilado en conjunto. La misma restricción aplica a getattr(), setattr() y delattr(), así como cuando se referencia a __dict__ directamente.

10.7. Cambalache

A veces es útil tener un tipo de datos similar al “registro” de Pascal o la “estructura” de C, que sirva para juntar algunos pocos ítems con nombre. Una definición de clase vacía funcionará perfecto:

class Empleado:
    pass

juan = Empleado()  # Crear un registro de empleado vacío

# Llenar los campos del registro
juan.nombre = 'Juan Pistola'
juan.depto = 'laboratorio de computación'
juan.salario = 1000

Algún código Python que espera un tipo abstracto de datos en particular puede frecuentemente recibir en cambio una clase que emula los métodos de aquel tipo de datos. Por ejemplo, si tenés una función que formatea algunos datos a partir de un objeto archivo, podés definir una clase con métodos read() y readline() que obtengan los datos de alguna cadena en memoria intermedia, y pasarlo como argumento.

Los objetos método de instancia tienen atributos también: m.__self__ es el objeto instancia con el método m(), y m.__func__ es el objeto función correspondiente al método.

10.8. Iteradores

Es probable que hayas notado que la mayoría de los objetos contenedores pueden ser recorridos usando una sentencia for:

for elemento in [1, 2, 3]:
    print(elemento)
for elemento in (1, 2, 3):
    print(elemento)
for clave in {'uno':1, 'dos':2}:
    print(clave)
for caracter in "123":
    print(caracter)
for linea in open("miarchivo.txt"):
    print(linea, end='')

Este estilo de acceso es limpio, conciso y conveniente. El uso de iteradores está impregnado y unifica a Python. En bambalinas, la sentencia for llama a iter() en el objeto contenedor. La función devuelve un objeto iterador que define el método __next__() que accede elementos en el contenedor de a uno por vez. Cuando no hay más elementos, __next__() levanta una excepción StopIteration que le avisa al bucle del for que hay que terminar. Podés llamar al método __next__() usando la función integrada __next__(); este ejemplo muestra como funciona todo esto:

>>> s = 'abc'
>>> it = iter(s)
>>> it
<iterator object at 0x00A1DB50>
>>> next(it)
'a'
>>> next(it)
'b'
>>> next(it)
'c'
>>> next(it)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
    next(it)
StopIteration

Habiendo visto la mecánica del protocolo de iteración, es fácil agregar comportamiento de iterador a tus clases. Definí un método __iter__() que devuelva un objeto con un método __next__(). Si la clase define __next__(), entonces alcanza con que __iter__() devuelva self:

>>> class Reversa:
...     """Iterador para recorrer una secuencia marcha atrás."""
...     def __init__(self, datos):
...         self.datos = datos
...         self.indice = len(datos)
...     def __iter__(self):
...         return self
...     def __next__(self):
...         if self.indice == 0:
...             raise StopIteration
...         self.indice = self.indice - 1
...         return self.datos[self.indice]
...
>>> rev = Reversa('spam')
>>> iter(rev)
<__main__.Reversa object at 0x00A1DB50>
>>> for char in rev:
...     print(char)
...
m
a
p
s

10.9. Generadores

Los generadores son una simple y poderosa herramienta para crear iteradores. Se escriben como funciones regulares pero usan la sentencia yield cuando quieren devolver datos. Cada vez que se llama next() sobre él, el generador continúa desde donde dejó (y recuerda todos los valores de datos y cual sentencia fue ejecutada última). Un ejemplo muestra que los generadores pueden ser muy fáciles de crear:

>>> def reversa(datos):
...     for indice in range(len(datos)-1, -1, -1):
...         yield datos[indice]
...
>>> for letra in reversa('golf'):
...     print(letra)
...
f
l
o
g

Todo lo que puede ser hecho con generadores también puede ser hecho con iteradores basados en clases, como se describe en la sección anterior. Lo que hace que los generadores sean tan compactos es que los métodos __iter__() y __next__() son creados automáticamente.

Otra característica clave es que las variables locales y el estado de la ejecución son guardados automáticamente entre llamadas. Esto hace que la función sea más fácil de escribir y quede mucho más claro que hacerlo usando variables de instancia tales como self.indice y self.datos.

Además de la creación automática de métodos y el guardar el estado del programa, cuando los generadores terminan automáticamente levantan StopIteration. Combinadas, estas características facilitan la creación de iteradores, y hacen que no sea más esfuerzo que escribir una función regular.

10.10. Expresiones generadoras

Algunos generadores simples pueden ser codificados concisamente como expresiones usando una sintaxis similar a las listas por comprensión pero con paréntesis en vez de corchetes. Estas expresiones se utilizan en situaciones donde el generador es usado inmediatamente por una función que lo contiene. Las expresiones generadoras son más compactas pero menos versátiles que definiciones completas de generadores, y tienden a utilizar menos memoria que las listas por comprensión equivalentes.

Ejemplos:

>>> sum(i*i for i in range(10))                 # suma de cuadrados
285

>>> xvec = [10, 20, 30]
>>> yvec = [7, 5, 3]
>>> sum(x*y for x,y in zip(xvec, yvec))         # producto escalar
260

>>> from math import pi, sin
>>> tabla_de_senos = {x: sin(x*pi/180) for x in range(0, 91)}

>>> palabras_unicas = set(word  for line in page  for word in line.split())

>>> mejor_promedio = max((alumno.promedio, alumno.nombre) for alumno in graduados)

>>> data = 'golf'
>>> list(data[i] for i in range(len(data) - 1, -1, -1))
['f', 'l', 'o', 'g']

Footnotes

[1]Excepto por un detalle. Los objetos módulo tienen un atributo secreto de solo lectura llamado __dict__ que devuelve el diccionario usado para implementar el espacio de nombres del módulo; el nombre __dict__ es un atributo, pero no es un nombre global. Obviamente, esto viola la abstracción de la implementación de espacios de nombres, y debe ser restringido a cosas tales como depuradores post-mortem.