Python中的类变量与实例变量

在Python面向对象编程中，理解类变量和实例变量的区别至关重要。它们决定了数据的存储位置、访问方式以及在不同对象间的共享行为。

1. 基本概念区分

类变量属于类本身，被该类的所有实例共享。实例变量属于各个实例对象，每个实例拥有自己的独立副本。

2. 定义方式

• 类变量：在类内部但在任何方法之外直接定义的变量
• 实例变量：通常在__init__方法中通过self.变量名定义

class Student:
    school = "ABC School"  # 类变量（所有学生共享同一个学校）
    
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name    # 实例变量（每个学生有自己的名字）
        self.age = age      # 实例变量（每个学生有自己的年龄）

3. 访问机制详解

3.1 正常访问情况

# 创建两个学生实例
student1 = Student("Alice", 20)
student2 = Student("Bob", 21)

# 访问实例变量 - 每个实例独立
print(student1.name)  # 输出: Alice
print(student2.name)  # 输出: Bob

# 访问类变量 - 通过实例或类都可以访问
print(student1.school)  # 输出: ABC School（通过实例访问）
print(student2.school)  # 输出: ABC School（通过实例访问）
print(Student.school)   # 输出: ABC School（通过类访问）

3.2 关键陷阱：通过实例修改类变量

# 尝试通过实例修改类变量
student1.school = "XYZ School"

print(student1.school)  # 输出: XYZ School
print(student2.school)  # 输出: ABC School（未改变！）
print(Student.school)   # 输出: ABC School（未改变！）

这里发生了重要现象：当通过实例对类变量进行赋值时，Python会在该实例上创建一个新的实例变量，而不是修改类变量。

4. 底层原理：属性查找顺序

Python使用MRO（方法解析顺序）进行属性查找：

1. 首先在实例的__dict__中查找
2. 如果在实例中找不到，再到类的__dict__中查找
3. 如果类中也没有，继续在父类中查找

print(student1.__dict__)  # 输出: {'name': 'Alice', 'age': 20, 'school': 'XYZ School'}
print(student2.__dict__)  # 输出: {'name': 'Bob', 'age': 21}
print(Student.__dict__)   # 输出: 包含'school': 'ABC School'

5. 正确的修改方式

要真正修改类变量，必须通过类本身来操作：

# 正确修改类变量的方式
Student.school = "New School"

print(student1.school)  # 输出: XYZ School（因为实例上有同名变量）
print(student2.school)  # 输出: New School（现在读取到修改后的类变量）
print(Student.school)   # 输出: New School

6. 删除操作的注意事项

# 删除实例上的变量
del student1.school
print(student1.school)  # 输出: New School（现在读取到类变量）

# 删除类变量会影响所有没有同名实例变量的实例
del Student.school
print(student1.school)  # AttributeError: 'Student' object has no attribute 'school'

7. 最佳实践建议

1. 修改类变量时始终通过类名访问：ClassName.variable = value
2. 读取时根据语义选择：如果需要类级别的值，使用类名；如果需要实例可能覆盖的值，使用实例
3. 避免混用：清晰区分哪些数据应该共享（类变量），哪些应该独立（实例变量）

这种设计模式在需要定义常量、计数器或共享配置时非常有用，但需要谨慎使用以避免意外的副作用。