Python中类的静态方法、类方法及实例方法

原创

忆想不到的晖

修改于 2021-04-06 11:24:12

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文章被收录于专栏：hui

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

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'

<font color=red>说明：</font> 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。

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原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

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