Python中类变量和实例变量的区别

一、引言

在Python中，类及其实例拥有变量，这些变量都可以用来存储对象的状态。但是，类变量和实例变量在定义、作用范围和存储方式上存在显著差异。了解这些差异对于编写Python程序和设计Python类非常重要。在本文中，我们将深入研究Python中类变量和实例变量的区别，并讨论如何在Python类中正确地使用它们。

二、详细阐述

1、定义

类变量是所有类实例共享的变量。它通常在类定义中声明，并且它是通过在类中定义的，而不是在__init__方法中定义的。与之相反的是实例变量，它是定义在__init__方法中的变量。每个实例都有自己的实例变量。这意味着当创建类的多个实例时，它们都有自己的实例变量，但它们共享类变量。下面是一个简单的示例：

class MyClass:
    class_var = 0
    
    def __init__(self, ins_var):
        self.ins_var = ins_var
        
mc1 = MyClass(1)
mc2 = MyClass(2)

print(mc1.class_var, mc1.ins_var)
print(mc2.class_var, mc2.ins_var)

MyClass.class_var = 10

print(mc1.class_var, mc1.ins_var)
print(mc2.class_var, mc2.ins_var)

上面的代码定义了一个名为MyClass的类，该类包含一个名为class_var的类变量和一个名为ins_var的实例变量。我们创建了两个类的实例，mc1和mc2，并将它们的实例变量分别设置为1和2。然后，我们输出这些变量以确认其值。下一步，我们将类变量class_var的值更改为10，并再次输出实例的值。这时我们可以看到，无论是哪一个实例，其类变量的值都被更改为10。

2、作用域

类变量在定义出它的类以及这个类的所有实例中都是可见的。而实例变量只在创建的实例中可见。下面是一个示例：

class MyClass:
    class_var = 0
    
    def __init__(self, ins_var):
        self.ins_var = ins_var
        
mc1 = MyClass(1)
mc2 = MyClass(2)

print(MyClass.class_var, mc1.class_var, mc2.class_var)
print(mc1.ins_var, mc2.ins_var)

mc1.class_var = 10

print(MyClass.class_var, mc1.class_var, mc2.class_var)
print(mc1.ins_var, mc2.ins_var)

上面的代码定义了一个名为MyClass的类。首先，在没有创建类的任何实例的情况下，我们打印了类变量，然后打印了每个实例的类变量和实例变量。然后，我们将mc1的类变量更改为10，并再次打印所有变量。通过观察输出，我们可以看到，无论我们如何更改实例变量，其类变量的值都不会更改。这是因为实例变量仅在创建该实例的范围内可见，直到将实例变量分配给类变量。

3、存储方式

类变量是存储在类中的变量，使用时会被整个类实例共享，因此只需要存储一次。而实例变量是存储在每个类型的实例中的变量。当我们创建一个新的对象实例时，Python会为每个实例变量分配新的内存空间。下面是一个例子：

class MyClass:
    class_var = []
    
    def __init__(self, ins_var):
        self.ins_var = ins_var
        
mc1 = MyClass([1, 2, 3])
mc2 = MyClass([4, 5, 6])

mc1.class_var.append(4)

print(mc1.class_var, mc1.ins_var)
print(mc2.class_var, mc2.ins_var)

上面的代码定义了一个名为MyClass的类，该类包含一个名为class_var的变量和一个名为ins_var的实例变量。 class_var是一个空列表。然后，我们创建了两个MyClass对象：mc1和mc2，并将它们的实例变量分别设置为[1,2,3]和[4,5,6]。然后，我们向mc1的类变量添加了一个元素4，并输出所有变量。我们可以看到，mc2没有class_var元素4，这是因为mc1和mc2的class_var实际上是两个不同的变量。

4、局部变量和类变量的区别

在Python中，局部变量是定义在函数中的变量，仅在函数内部可见。与之相反的是类变量和实例变量，它们在整个类或实例的作用域内可见。当局部变量与类变量或实例变量同名时，局部变量优先于类变量和实例变量使用。下面是一个例子：

class MyClass:
    class_var = 0
    
    def __init__(self, ins_var):
        self.ins_var = ins_var
        
    def my_method(self, class_var):
        print("class_var =", class_var)
        print("self.ins_var =", self.ins_var)
        print("MyClass.class_var =", MyClass.class_var)
        
mc = MyClass(1)
mc.my_method(2)

上面的代码定义了一个名为MyClass的类，该类包含一个名为class_var的类变量、一个名为ins_var的实例变量和一个名为my_method的方法。my_method有一个名为class_var的参数。在my_method中，我们打印了三个变量的值：类变量class_var，实例变量ins_var和MyClass.class_var。然后，我们创建了一个名为mc的MyClass对象，并调用my_method，将2作为参数传递。这时我们可以看到，my_method使用参数变量覆盖了类变量中的同名变量。

三、小结

在Python中，类变量和实例变量是面向对象编程的重要概念。了解它们的定义、作用域和存储方式对于正确地编写Python类非常重要。类变量是通过在类中定义的变量，所有实例共享。实例变量是在__init__方法中定义的变量，每个实例都有自己的实例变量。在创建多个实例时，它们共享类变量，但每个实例都有自己的实例变量。在Python中，局部变量与类变量和实例变量同名时，优先使用局部变量。

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