Python基礎(chǔ)-類變量和實例變量
寫在前面
如非特別說明检激，下文均基于Python3
大綱：
1. 類變量和實例變量
在Python Tutorial中對于類變量和實例變量是這樣描述的：
Generally speaking, instance variables are for data unique to each instance and class variables are for attributes and methods shared by all instances of the class:
通常來說蓖扑，實例變量是對于每個實例都獨有的數(shù)據(jù)，而類變量是該類所有實例共享的屬性和方法。
其實我更愿意用類屬性和實例屬性來稱呼它們，但是變量這個詞已經(jīng)成為程序語言的習(xí)慣稱謂。一個正常的示例是：
class Dog:
kind = 'canine' # class variable shared by all instances
def __init__(self, name):
self.name = name # instance variable unique to each instance
類Dog中贝或，類屬性kind為所有實例所共享；實例屬性name為每個Dog的實例獨有锐秦。
2. 類對象和實例對象
2.1 類對象
Python中一切皆對象咪奖；類定義完成后，會在當(dāng)前作用域中定義一個以類名為名字酱床，指向類對象的名字羊赵。如
class Dog:
pass
會在當(dāng)前作用域定義名字Dog，指向類對象Dog扇谣。
類對象支持的操作：
總的來說昧捷，類對象僅支持兩個操作：
- 實例化；使用
instance_name = class_name()的方式實例化罐寨，實例化操作創(chuàng)建該類的實例靡挥。 - 屬性引用；使用
class_name.attr_name的方式引用類屬性衩茸。
2.2 實例對象
實例對象是類對象實例化的產(chǎn)物芹血，實例對象僅支持一個操作：
- 屬性引用；與類對象屬性引用的方式相同楞慈，使用
instance_name.attr_name的方式幔烛。
按照嚴(yán)格的面向?qū)ο笏枷耄袑傩远紤?yīng)該是實例的囊蓝，類屬性不應(yīng)該存在饿悬。那么在Python中，由于類屬性綁定就不應(yīng)該存在聚霜，類定義中就只剩下函數(shù)定義了狡恬。
在Python tutorial關(guān)于類定義也這么說：
In practice, the statements inside a class definition will usually be function definitions, but other statements are allowed, and sometimes useful.
實踐中，類定義中的語句通常是函數(shù)定義蝎宇，但是其他語句也是允許的弟劲，有時也是有用的。
這里說的其他語句姥芥，就是指類屬性的綁定語句兔乞。
3. 屬性綁定
在定義類時，通常我們說的定義屬性凉唐，其實是分為兩個方面的：
- 類屬性綁定
- 實例屬性綁定
用綁定這個詞更加確切庸追；不管是類對象還是實例對象，屬性都是依托對象而存在的台囱。
我們說的屬性綁定淡溯，首先需要一個可變對象，才能執(zhí)行綁定操作簿训，使用
objname.attr = attr_value
的方式咱娶，為對象objname綁定屬性attr。
這分兩種情況：
- 若屬性
attr已經(jīng)存在强品，綁定操作會將屬性名指向新的對象豺总； - 若不存在，則為該對象添加新的屬性择懂，后面就可以引用新增屬性喻喳。
3.1 類屬性綁定
Python作為動態(tài)語言，類對象和實例對象都可以在運(yùn)行時綁定任意屬性困曙。因此表伦，類屬性的綁定發(fā)生在兩個地方：
- 類定義時；
- 運(yùn)行時任意階段慷丽。
下面這個例子說明了類屬性綁定發(fā)生的時期：
class Dog:
kind = 'canine'
Dog.country = 'China'
print(Dog.kind, ' - ', Dog.country) # output: canine - China
del Dog.kind
print(Dog.kind, ' - ', Dog.country) # AttributeError: type object 'Dog' has no attribute 'kind'
在類定義中蹦哼，類屬性的綁定并沒有使用objname.attr = attr_value的方式，這是一個特例要糊，其實是等同于后面使用類名綁定屬性的方式纲熏。
因為是動態(tài)語言，所以可以在運(yùn)行時增加屬性，刪除屬性局劲。
3.2 實例屬性綁定
與類屬性綁定相同勺拣，實例屬性綁定也發(fā)生在兩個地方：
- 類定義時；
- 運(yùn)行時任意階段鱼填。
示例：
class Dog:
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
dog = Dog('Lily', 3)
dog.fur_color = 'red'
print('%s is %s years old, it has %s fur' % (dog.name, dog.age, dog.fur_color))
# Output: Lily is 3 years old, it has red fur
Python類實例有兩個特殊之處：
-
__init__在實例化時執(zhí)行 -
Python實例調(diào)用方法時药有，會將實例對象作為第一個參數(shù)傳遞
因此，__init__方法中的self就是實例對象本身苹丸，這里是dog愤惰，語句
self.name = name
self.age = age
以及后面的語句
dog.fur_color = 'red'
為實例dog增加三個屬性name, age, fur_color。
4. 屬性引用
屬性的引用與直接訪問名字不同赘理，不涉及到作用域宦言。
4.1 類屬性引用
類屬性的引用，肯定是需要類對象的商模，屬性分為兩種：
- 數(shù)據(jù)屬性
- 函數(shù)屬性
數(shù)據(jù)屬性引用很簡單蜡励，示例：
class Dog:
kind = 'canine'
Dog.country = 'China'
print(Dog.kind, ' - ', Dog.country) # output: canine - China
通常很少有引用類函數(shù)屬性的需求，示例：
class Dog:
kind = 'canine'
def tell_kind():
print(Dog.kind)
Dog.tell_kind() # Output: canine
函數(shù)tell_kind在引用kind需要使用Dog.kind而不是直接使用kind阻桅，涉及到作用域凉倚，這一點在我的另一篇文章中有介紹：Python進(jìn)階 - 命名空間與作用域
4.2 實例屬性引用
使用實例對象引用屬性稍微復(fù)雜一些，因為實例對象可引用類屬性以及實例屬性嫂沉。但是實例對象引用屬性時遵循以下規(guī)則：
- 總是先到實例對象中查找屬性稽寒，再到類屬性中查找屬性；
- 屬性綁定語句總是為實例對象創(chuàng)建新屬性趟章，屬性存在時杏糙，更新屬性指向的對象。
4.2.1 數(shù)據(jù)屬性引用
示例1：
class Dog:
kind = 'canine'
country = 'China'
def __init__(self, name, age, country):
self.name = name
self.age = age
self.country = country
dog = Dog('Lily', 3, 'Britain')
print(dog.name, dog.age, dog.kind, dog.country)
# output: Lily 3 canine Britain
類對象Dog與實例對象dog均有屬性country蚓土，按照規(guī)則宏侍，dog.country會引用到實例對象的屬性；但實例對象dog沒有屬性kind蜀漆，按照規(guī)則會引用類對象的屬性谅河。
示例2：
class Dog:
kind = 'canine'
country = 'China'
def __init__(self, name, age, country):
self.name = name
self.age = age
self.country = country
dog = Dog('Lily', 3, 'Britain')
print(dog.name, dog.age, dog.kind, dog.country) # Lily 3 canine Britain
print(dog.__dict__) # {'name': 'Lily', 'age': 3, 'country': 'Britain'}
dog.kind = 'feline'
print(dog.name, dog.age, dog.kind, dog.country) # Lily 3 feline Britain
print(dog.__dict__)
print(Dog.kind) # canine 沒有改變類屬性的指向
# {'name': 'Lily', 'age': 3, 'country': 'Britain', 'kind': 'feline'}
使用屬性綁定語句dog.kind = 'feline'，按照規(guī)則确丢，為實例對象dog增加了屬性kind绷耍，后面使用dog.kind引用到實例對象的屬性。
這里不要以為會改變類屬性Dog.kind的指向鲜侥，實則是為實例對象新增屬性褂始，可以使用查看__dict__的方式證明這一點。
示例3描函，可變類屬性引用：
class Dog:
tricks = []
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) # ['roll over', 'play dead']
語句self.tricks.append(trick)并不是屬性綁定語句崎苗，因此還是在類屬性上修改可變對象狐粱。
4.2.2 方法屬性引用
與數(shù)據(jù)成員不同，類函數(shù)屬性在實例對象中會變成方法屬性胆数。
先看一個示例：
class MethodTest:
def inner_test(self):
print('in class')
def outer_test():
print('out of class')
mt = MethodTest()
mt.outer_test = outer_test
print(type(MethodTest.inner_test)) # <class 'function'>
print(type(mt.inner_test)) #<class 'method'>
print(type(mt.outer_test)) #<class 'function'>
可以看到肌蜻，類函數(shù)屬性在實例對象中變成了方法屬性，但是并不是實例對象中所有的函數(shù)都是方法幅慌。
Python tutorial中這樣介紹方法對象：
When an instance attribute is referenced that isn’t a data attribute, its class is searched. If the name denotes a valid class attribute that is a function object, a method object is created by packing (pointers to) the instance object and the function object just found together in an abstract object: this is the method object. When the method object is called with an argument list, a new argument list is constructed from the instance object and the argument list, and the function object is called with this new argument list.
引用非數(shù)據(jù)屬性的實例屬性時宋欺，會搜索它對應(yīng)的類轰豆。如果名字是一個有效的函數(shù)對象胰伍，Python會將實例對象連同函數(shù)對象打包到一個抽象的對象中并且依據(jù)這個對象創(chuàng)建方法對象：這就是被調(diào)用的方法對象。當(dāng)使用參數(shù)列表調(diào)用方法對象時酸休，會使用實例對象以及原有參數(shù)列表構(gòu)建新的參數(shù)列表骂租，并且使用新的參數(shù)列表調(diào)用函數(shù)對象。
那么斑司，實例對象只有在引用方法屬性時渗饮，才會將自身作為第一個參數(shù)傳遞；調(diào)用實例對象的普通函數(shù)宿刮，則不會互站。
所以可以使用如下方式直接調(diào)用方法與函數(shù)：
mt.inner_test()
mt.outer_test()
除了方法與函數(shù)的區(qū)別，其引用與數(shù)據(jù)屬性都是一樣的
5. 最佳實踐
雖然Python作為動態(tài)語言僵缺，支持在運(yùn)行時綁定屬性胡桃，但是從面向?qū)ο蟮慕嵌葋砜矗€是在定義類的時候?qū)傩源_定下來磕潮。
