Python中的类变量与实例变量

描述
类变量和实例变量是面向对象编程中的两种重要变量类型。类变量属于类本身，被所有实例共享；实例变量属于各个实例，每个实例拥有自己的副本。理解它们的区别、访问方式和优先级关系对编写正确的面向对象代码至关重要。

解题过程

1. 基本概念区分

   • 类变量：定义在类内部但在方法之外，直接属于类。所有实例共享同一个类变量
   • 实例变量：通常定义在方法内部（如__init__），使用self.前缀。每个实例都有独立的副本

2. 定义方式示例

class Dog:
    species = "Canis familiaris"  # 类变量（所有狗同属一个物种）
    
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name          # 实例变量（每只狗有自己的名字）
        self.age = age            # 实例变量（每只狗有自己的年龄）

3. 访问优先级规则

   • 当通过实例访问属性时，Python按以下顺序查找：
     1. 实例的命名空间
     2. 类的命名空间
     3. 父类的命名空间（按MRO顺序）
   • 这意味着如果实例变量和类变量同名，实例变量会"遮盖"类变量

4. 具体操作演示

# 创建两个实例
buddy = Dog("Buddy", 5)
miles = Dog("Miles", 3)

# 访问实例变量（各自独立）
print(buddy.name)    # "Buddy"
print(miles.name)    # "Miles"

# 访问类变量（共享）
print(buddy.species)  # "Canis familiaris"
print(miles.species)  # "Canis familiaris"

# 修改实例变量（不影响其他实例）
buddy.age = 6
print(buddy.age)     # 6
print(miles.age)     # 3（保持不变）

# 修改类变量（影响所有实例）
Dog.species = "Canis lupus"
print(buddy.species)  # "Canis lupus"
print(miles.species)  # "Canis lupus"

5. 常见的陷阱：通过实例修改类变量

# 错误理解：以为这是在修改类变量
buddy.species = "New species"

# 实际上Python创建了新的实例变量
print(buddy.species)    # "New species"（实例变量）
print(miles.species)    # "Canis lupus"（类变量，未改变）
print(Dog.species)      # "Canis lupus"（类变量，未改变）

# 验证：查看各自的__dict__
print(buddy.__dict__)   # {'name': 'Buddy', 'age': 6, 'species': 'New species'}
print(miles.__dict__)   # {'name': 'Miles', 'age': 3}

6. 正确修改类变量的方法
   • 应该通过类本身来修改类变量，而不是通过实例
   • 这样可以确保所有实例都能看到这个变化

# 正确方式
Dog.species = "Updated species"
print(buddy.species)    # "New species"（仍有实例变量遮盖）
print(miles.species)    # "Updated species"（类变量已更新）

# 删除实例变量后，会重新看到类变量
del buddy.species
print(buddy.species)    # "Updated species"（现在显示类变量）

7. 最佳实践建议
   • 使用有意义的命名区分：类变量通常使用全大写或描述性更强的名称
   • 避免实例变量和类变量使用相同的名称
   • 修改类变量时始终通过类名访问，确保行为一致
   • 在需要实例特定数据时使用实例变量，在需要类级别共享数据时使用类变量