Python类变量和实例变量的区别

一个令人惊讶的例子

在Python教程关于“类”的说明中有下面一段代码：

class Dog:
    tricks = []             # mistaken use of a class variable

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

    def add_trick(self, trick):
        self.tricks.append(trick)

d = Dog('Fido')
e = Dog('Buddy')
d.add_trick('roll over')
e.add_trick('play dead')
print(d.tricks)

执行结果：

['roll over', 'play dead']

这是一个令人惊讶的结果。尤其是对于已经相当熟悉C++、java等面向对象语言的程序员来说，初看到这样的结果可能深感不解。

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另一个令人惊讶的例子

初学Python的我，对这段代码进行了改造：

class Dog:
    i = 0
    tricks = []

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

    def add_trick(self, trick):
        self.i += 1
        self.tricks.append(trick)

d = Dog('Fido')
e = Dog('Buddy')
d.add_trick('roll over')
e.add_trick('play dead')
print(d.tricks)
print("d.i == ", d.i, "  e.i == ", e.i)

执行结果：

['roll over', 'play dead']
d.i =  1   e.i =  1

看到这个结果，我更迷惑了，如果按照示例代码1的结果，示例代码2的结果应该是d.i == 2才对，但视视就是这么“诡异”，它根本就不符合我的预期猜想。

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解

从类的定义和实例化来理解Python类，从而解开上述疑团。

类定义

当进入类定义时，将创建一个新的命名空间，……
当（从结尾处）正常离开类定义时，将创建一个类对象。这基本上是一个包围在类定义所创建命名空间内容周围的包装器；……

也就是说，我们定义一个类的时候，其实是创建一个对象，创建一个命名空间。

照这样看来，是一个对象，是一个明明空间

类的实例化

类的实例化使用函数表示法。可以把类对象视为是返回该类的一个新实例的不带参数的函数。

我们通常使用如下，代码进行类的实例化：

x = MyClass()

从语法上看，这就是一次函数调用。

从实例化的过程来说，类对象是一个函数。。调用这个函数创建类的新实例并将此对象分配给局部变量 x。这个过程会把类对象中的不可变量复制一份，存储到实例所在的命名空间中。但是可变类型并没有复制，上面代码中tricks是一个可变对象，变量d和e的tricks指向了同一个对象。

用一个简单的例子理解实例化过程

Clazz = {} 
Clazz['tricks'] = []
Clazz['i'] = 0

x = {}
x['tricks'] = Clazz['tricks']
x['i'] = Clazz['i']
x['i'] += 1
x['tricks'].append('roll over')

y = {}
y['tricks'] = Clazz['tricks']
y['i'] = Clazz['i']
y['i'] += 1
y['tricks'].append('roll over')

print(x['tricks'])
print("x.i = ", x['i'], "  y.i = ", y['i'])

执行结果：

['roll over', 'roll over']
x.i =  1   y.i =  1

这个结果完全符合预期，一点都不敢感到惊讶。

什么是明明空间?

namespace （命名空间）是一个从名字到对象的映射。大部分命名空间当前都由 Python 字典实现……

命名空间是一个映射，是一个字典！而类定义是一个定义命名空间的过程。

在本例子中，使用字典代替类的道理所在。

实例变量

看一个例子：

class Room:
    def __init__(self,ower,width,length,heigh):
        self.Ower = ower
        self.Width = width
        self.Length = length
        self.Heigh = heigh

room1 = Room("John", 4, 2, 4)
room2 = Room("Kate", 3, 3, 4)

上面代码中的 Name、Ower、Width、Height、Length变量是实例变量，它们不属于Room类对象，只属于room1和room2，它们通常在__init__方法中初始化。

但是，你可以在任何时候为一个实例增加变量,例如你可以这样：

room1.Name = "3-01"
room2.Name = "3-02"
print(room1.Name)
del room1.Name

总结

在类实例化过程中，可变变量指向的是同一个对象，即指向类变量；而不可变变量在赋值过程中，会产生一个新的变量；因此同样是对变量的改变操作，却出现不同的结果。

一个可变变量到底应该是类变量还是实例变量，应该谨慎对待，类变量可以看作是C++、C#等语言的静态（static）变量。对与Dog的例子应该这样定义：

class Dog:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        tricks = []

    def add_trick(self, trick):
        self.tricks.append(trick)