Python中類變數和實例變數的區別

一、引言

在Python中，類及其實例擁有變數，這些變數都可以用來存儲對象的狀態。但是，類變數和實例變數在定義、作用範圍和存儲方式上存在顯著差異。了解這些差異對於編寫Python程序和設計Python類非常重要。在本文中，我們將深入研究Python中類變數和實例變數的區別，並討論如何在Python類中正確地使用它們。

二、詳細闡述

1、定義

類變數是所有類實例共享的變數。它通常在類定義中聲明，並且它是通過在類中定義的，而不是在__init__方法中定義的。與之相反的是實例變數，它是定義在__init__方法中的變數。每個實例都有自己的實例變數。這意味著當創建類的多個實例時，它們都有自己的實例變數，但它們共享類變數。下面是一個簡單的示例：

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)

上面的代碼定義了一個名為MyClass的類，該類包含一個名為class_var的類變數和一個名為ins_var的實例變數。我們創建了兩個類的實例，mc1和mc2，並將它們的實例變數分別設置為1和2。然後，我們輸出這些變數以確認其值。下一步，我們將類變數class_var的值更改為10，並再次輸出實例的值。這時我們可以看到，無論是哪一個實例，其類變數的值都被更改為10。

2、作用域

類變數在定義出它的類以及這個類的所有實例中都是可見的。而實例變數只在創建的實例中可見。下面是一個示例：

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)

上面的代碼定義了一個名為MyClass的類。首先，在沒有創建類的任何實例的情況下，我們列印了類變數，然後列印了每個實例的類變數和實例變數。然後，我們將mc1的類變數更改為10，並再次列印所有變數。通過觀察輸出，我們可以看到，無論我們如何更改實例變數，其類變數的值都不會更改。這是因為實例變數僅在創建該實例的範圍內可見，直到將實例變數分配給類變數。

3、存儲方式

類變數是存儲在類中的變數，使用時會被整個類實例共享，因此只需要存儲一次。而實例變數是存儲在每個類型的實例中的變數。當我們創建一個新的對象實例時，Python會為每個實例變數分配新的內存空間。下面是一個例子：

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)

上面的代碼定義了一個名為MyClass的類，該類包含一個名為class_var的變數和一個名為ins_var的實例變數。 class_var是一個空列表。然後，我們創建了兩個MyClass對象：mc1和mc2，並將它們的實例變數分別設置為[1,2,3]和[4,5,6]。然後，我們向mc1的類變數添加了一個元素4，並輸出所有變數。我們可以看到，mc2沒有class_var元素4，這是因為mc1和mc2的class_var實際上是兩個不同的變數。

4、局部變數和類變數的區別

在Python中，局部變數是定義在函數中的變數，僅在函數內部可見。與之相反的是類變數和實例變數，它們在整個類或實例的作用域內可見。當局部變數與類變數或實例變數同名時，局部變數優先於類變數和實例變數使用。下面是一個例子：

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)

上面的代碼定義了一個名為MyClass的類，該類包含一個名為class_var的類變數、一個名為ins_var的實例變數和一個名為my_method的方法。my_method有一個名為class_var的參數。在my_method中，我們列印了三個變數的值：類變數class_var，實例變數ins_var和MyClass.class_var。然後，我們創建了一個名為mc的MyClass對象，並調用my_method，將2作為參數傳遞。這時我們可以看到，my_method使用參數變數覆蓋了類變數中的同名變數。

三、小結

在Python中，類變數和實例變數是面向對象編程的重要概念。了解它們的定義、作用域和存儲方式對於正確地編寫Python類非常重要。類變數是通過在類中定義的變數，所有實例共享。實例變數是在__init__方法中定義的變數，每個實例都有自己的實例變數。在創建多個實例時，它們共享類變數，但每個實例都有自己的實例變數。在Python中，局部變數與類變數和實例變數同名時，優先使用局部變數。