Python類變數的詳解

一、類變數與實例變數的區別

在Python中，類是一組對象的屬性和方法的集合。類變數是指由類定義的變數，可被該類的所有實例訪問，作用於整個類。而實例變數是指每個類實例都擁有的變數，作用於實例本身。具體來說：

1、類變數定義方式: 類變數定義在類的內部，方法之外。定義時，直接使用類名.類變數名 = 初值

class MyClass:
    class_var = 0  # 這是類變數
    def __init__(self, var):
        self.ins_var = var  # 這是實例變數

2、類變數修改方式: 如果某個實例對類變數進行修改，則會創造出一個實例變數。

class MyClass:
    class_var = 0  
    def __init__(self, var):
        self.ins_var = var
        MyClass.class_var += 1  # 對類變數進行修改
obj1 = MyClass('a')
obj2 = MyClass('b')
print(obj1.class_var)  # 輸出：2
print(obj2.class_var)  # 輸出：2

這是因為，當實例 obj1 對類變數 class_var 進行更改後，class_var 變數將不再是 MyClass 類對象的屬性，而是 obj1 實例對象的屬性。實例變數 ins_var 對於每個實例是獨立的，但類變數 class_var 是整個類的屬性，是所有實例共享的。

二、類變數的應用場景

在Python中，類變數被廣泛應用於各種場景，以下是幾個常見的場景：

1、計數器

可以利用類變數來實現對實例創建的計數功能。

class Counter:
    count = 0 
    def __init__(self):
        Counter.count += 1  # 計數器加1
        self.id = Counter.count  # 記錄實例id
c1 = Counter()
c2 = Counter()
print(c1.id)  # 輸出：1
print(c2.id)  # 輸出：2

2、全局信息存儲

可以利用類變數來存儲全局信息，例如日誌管理器。

class Logger:
    logs = []
    def __init__(self, log):
        Logger.logs.append(log)  # 將日誌存到logs類變數中
l1 = Logger('first log')
l2 = Logger('second log')
print(Logger.logs)  # 輸出：['first log', 'second log']

3、類別名

可以利用類變數來實現類別名功能。即，將一個類的名字作為變數，供程序內其他部分使用。

class Person:
    pass
class Student(Person):
    pass

p = Person()
s = Student()
PersonClass = Person  # 將Person類別名為PersonClass
print(isinstance(p, PersonClass))  # 輸出：True
print(isinstance(s, PersonClass))  # 輸出：True

三、類變數的注意事項

在使用類變數時，需要注意以下幾點：

1、類變數的修改

當實例對類變數進行修改時，它會創建一個與類變數同名、不同id的實例變數，而不是修改類變數本身。因此，在修改類變數時應該使用類名進行操作。

class MyClass:
    class_var = 1
    def modify_class_var(self):
        MyClass.class_var += 1  # 正確的修改方式
        # self.class_var += 1  這是錯誤的寫法，會創建實例變數
obj = MyClass()
obj.modify_class_var()
print(MyClass.class_var)  # 輸出：2

2、類變數的可變性

如果類變數是可變對象（如列表、字典等），則所有實例都共享一份可變對象，即修改其中一個實例的變數將會影響所有實例。

class MyClass:
    class_var = []
    def modify_class_var(self, val):
        MyClass.class_var.append(val)
obj1 = MyClass()
obj2 = MyClass()
obj1.modify_class_var('a')
obj2.modify_class_var('b')
print(MyClass.class_var)  # 輸出：['a', 'b']

3、類變數的創建時間

類變數是在類定義時創建的，而不是在實例創建時。如果在類變數的定義或初始化過程中使用實例變數，則可能會產生意想不到的結果。

class MyClass:
    class_var = []
    def __init__(self, var):
        self.ins_var = var
        MyClass.class_var.append(self.ins_var)  # 可能會產生意想不到的結果
obj1 = MyClass('a')
print(MyClass.class_var)  # 輸出：['a']
obj2 = MyClass('b')
print(MyClass.class_var)  # 輸出：['a', 'b']

四、總結

Python中的類變數是指由類定義的變數，它們可以被該類的所有實例訪問，作用於整個類。類變數具有很多應用場景，如計數器、全局信息存儲、類別名等。需要注意的是，類變數的修改方式、可變性、創建時間等方面會帶來一些陷阱，需要在實際應用中仔細考慮。正確地使用類變數能夠幫助我們開發出更為健壯的Python程序。