Python中类的静态方法、类方法及实例方法

悠悠 2022-11-14 10:15 303阅读 0赞

## 概述 ##

> 在Python的类中，有着类属性、实例属性，静态方法、类方法、实例方法的区别。到底有什么不一样呢？接下来我们就一探究竟。

## 类属性、实例属性 ##

来看下简单的 `Student` 类的例子

class Student(object):
    
    	# 类属性
    	school = '井冈山大学'
    	
    	def __init__(self, name):
    
    		# 实例属性
    		self.name = name

其中 `school` 是 `Student` 类的类属性，`name` 则是实例属性。

在 `ipython` 中测试一下如何访问其属性

In [5]: stu1 = Student('hui')
    
    In [6]: stu2 = Student('wang')
    
    In [7]: stu3 = Student('zack')
    
    In [8]: stu1.name, Student.school
    Out[8]: ('hui', '井冈山大学')
    
    In [9]: stu2.name, Student.school
    Out[9]: ('wang', '井冈山大学')
    
    In [10]: stu3.name, Student.school
    Out[10]: ('zack', '井冈山大学')
    
    # 看看实例对象能不能访问类属性，类对象能不能访问实例属性
    In [11]: stu1.name, stu1.school
    Out[11]: ('hui', '井冈山大学')
    
    In [12]: Student.name, stu1.school
    ---------------------------------------------------------------------------
    AttributeError                            Traceback (most recent call last)
    <ipython-input-12-b897e001b174> in <module>
    ----> 1 Student.name, stu1.school
    
    AttributeError: type object 'Student' has no attribute 'name'

经过测试可以发现 **实例属性需要通过实例对象来访问，类属性通过类来访问**，但在测验中 `stu1.school` 实例对象也能访问类属性，为什么呢？

其实，实例对象也是间接的通过类对象进行访问的，在每一个实例对象中都有一个 `__class__` 的属性，其指向的就是创建实例对象的类对象。`stu1.__class__` 的指向就是 `Student`类对象。然后实例对象访问属性的规则是先访问实例属性，然后再根据实例对象的 `__class__` 来访问类属性。如果都没有找到则报错。

In [15]: dir(stu1)
    Out[15]:
    ['__class__',
     '__delattr__',
     '__dict__',
     '__dir__',
     
     ....
     
     'name',
     'school']
    
    In [16]: stu1.__class__
    Out[16]: __main__.Student
    
    In [17]: stu1.__class__.school
    Out[17]: '井冈山大学'
    
    In [18]: id(Student)
    Out[18]: 2011692023944
    
    In [19]: id(stu1.__class__)
    Out[19]: 2011692023944

可以看出 `Student`，`stu1.__class__` 的 `id()` 都一样，说明其内存地址都一样。因此实例属性可以通过 `__class__` 访问类属性。

存储方式如下图

![类对象派生实例对象][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQzNjI5ODU3_size_16_color_FFFFFF_t_70]

由上图可以看出：

*  类属性在内存中只保存一份
 *  实例属性在每个对象中都要保存一份

还是以上面的例子在 `ipython` 中对类属性的修改进行测验

In [24]: class Student(object):
        ...:
        ...:     # 类属性
        ...:     school = '井冈山大学'
        ...:
        ...:     def __init__(self, name):
        ...:
        ...:         # 实例属性
        ...:         self.name = name
        ...:
    
    In [25]: stu1 = Student('hui')
    
    In [26]: stu2 = Student('jack')
    
    In [27]: stu1.name, stu1.school
    Out[27]: ('hui', '井冈山大学')
    
    In [28]: stu2.name, stu2.school
    Out[28]: ('jack', '井冈山大学')
    
    # 通过类对象进行修改
    In [29]: Student.school = '清华大学'
    
    In [30]: stu2.name, stu2.school
    Out[30]: ('jack', '清华大学')
    
    In [31]: stu1.name, stu1.school
    Out[31]: ('hui', '清华大学')
    
    # 通过实例对象进行修改
    IIn [33]: stu1.school = '北京大学'
    
    In [34]: stu1.name, stu1.school
    Out[34]: ('hui', '北京大学')
    
    In [35]: stu2.name, stu2.school
    Out[35]: ('jack', '清华大学')
    
    In [36]: Student.school
    Out[36]: '清华大学'
    
    In [37]: stu1.__class__.school
    Out[37]: '清华大学'
        
    In [39]: id(stu2.school)
    Out[39]: 2011720409808
    
    In [40]: id(Student.school)
    Out[40]: 2011720409808
    
    In [41]: id(stu1.school)
    Out[41]: 2011720494992
    
    # 通过实例对象的__class__属性修改
    IIn [42]: stu2.__class__.school = '井冈山大学'
    
    In [43]: stu1.name, stu1.school
    Out[43]: ('hui', '北京大学')
    
    In [44]: stu2.name, stu2.school
    Out[44]: ('jack', '井冈山大学')
    
    In [45]: Student.school
    Out[45]: '井冈山大学'

**说明：** **实例对象.类属性 = xxx** 并没有修改到其类属性，而是在实例对象中创建了一个与类属性同名的实例属性。因此修改类属性，应该使用类对象进行修改。再外界最好不要使用 **实例对象.新属性 = xxx**，动态创建实例属性。

### 使用场景 ###

到底是用类属性，还是实例属性？

> 如果每个实例对象需要具有相同值的属性，那么就使用类属性，用一份既可。

class Province(object):
        # 类属性
        country = '中国'
    
        def __init__(self, name):
            # 实例属性
            self.name = name
            
    p1 = Province('江西省')
    p2 = Province('四川省')

## 实例方法、静态方法和类方法 ##

类中方法包括：**实例方法、静态方法和类方法**，三种方法在内存中都归属于类，区别在于**调用方式不同**。

*  **实例方法**：由对象调用，至少一个 `self` 参数；执行实例方法时，自动将调用该方法的对象赋值给 `self`。
 *  **类方法**：由类调用，至少一个 `cls` 参数；执行类方法时，自动将调用该方法的类赋值给 `cls`。
 *  **静态方法**：由类调用，无默认参数。

class Foo(object):
    
        foo = 'Foo'
    
        def __init__(self, name):
            self.name = name
    
        def instance_func(self):
            print(self.name)
            print(self.foo)
            print('实例方法')
    
        @classmethod
        def class_func1(cls):
            print(cls.foo)
            print('类方法1')
    
        @classmethod
        def class_func2(cls):
            print(cls.name)
            print('类方法二')
    
        @staticmethod
        def static_func():
            print('静态方法')

其中 `@classmethod` 是装饰器，说明这是类方法，`@staticmethod` 则说明是静态方法。关于装饰器的内容这里就不在赘述了。

在 `ipython` 中测验一下各方法

# 实例对象调用
    In [71]: f = Foo('hui')
    
    In [72]: f.instance_func()
    hui
    Foo
    实例方法
    
    In [73]: f.class_func1()
    Foo
    类方法1
    
    In [74]: f.class_func2()
    ---------------------------------------------------------------------------
    AttributeError                            Traceback (most recent call last)
    <ipython-input-74-7d161e9e60ec> in <module>
    ----> 1 f.class_func2()
    
    <ipython-input-60-7fc48649a96a> in class_func2(cls)
         18     @classmethod
         19     def class_func2(cls):
    ---> 20         print(cls.name)
         21         print('类方法二')
         22
    
    AttributeError: type object 'Foo' has no attribute 'name'
    
    In [75]: f.static_func()
    静态方法
    
    # 类对象自身调用
    In [76]: Foo.instance_func()
    ---------------------------------------------------------------------------
    TypeError                                 Traceback (most recent call last)
    <ipython-input-76-883efcb56130> in <module>
    ----> 1 Foo.instance_func()
    
    TypeError: instance_func() missing 1 required positional argument: 'self'
    
    In [77]: Foo.class_func1()
    Foo
    类方法1
    
    In [78]: Foo.static_func()
    静态方法

可以发现实例对象三种方法都可以调用，但 `cls` 类对象不能访问实例属性。类对象不能直接调用实例方法，类、静态方法可以。

### self与cls的区别 ###

*  `self` 指的是类实例对象本身(注意：不是类本身)。
 *  `cls` 指的是类对象本身
 *  `self` 可以访问到类属性、实例属性，`cls` 只能访问类属性。

其中 `self, cls` 只是代指实例对象和类对象，因此换成其他变量也可以，**但是约定成俗**（为了和其他编程语言统一，减少理解难度），不要搞另类，大家会不明白的。

### 使用场景 ###

需要操作类属性的定义成类方法。

需要操作实例属性的定义成实例方法。

既不需要操作类属性，也不需要操作实例属性就定义成静态方法。

## 公众号 ##

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> 大自然用数百亿年创造出我们现实世界，而程序员用几百年创造出一个完全不同的虚拟世界。我们用键盘敲出一砖一瓦，用大脑构建一切。人们把1000视为权威，我们反其道行之，捍卫1024的地位。我们不是键盘侠，我们只是平凡世界中不凡的缔造者 。

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