代码收藏家技术教程 2024-08-22

Python中类属性与实例属性详解：方法与功能（实例方法、类方法、静态方法全面解析）

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Python是一门面向对象的编程语言，其核心概念之一是类。类是对象的蓝图或模板，定义了对象的属性和方法。理解类的属性和方法对于掌握Python编程至关重要。本文将深入探讨Python中的类的属性和方法，帮助读者全面掌握这一重要主题。

1、类和实例

在Python中，类是使用class关键字定义的。类定义了对象的属性和方法，实例是类的具体实现。下面是一个简单的类定义示例：

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

# 创建类的实例
person1 = Person("Alice", 30)

在这个例子中，Person类有两个属性（name和age）。__init__()方法是类的构造方法，在创建类的实例时会自动调用。

2、类的属性

类的属性可以分为两类：实例属性和类属性。

实例属性

实例属性是绑定到实例上的属性，每个实例都有独立的实例属性。实例属性通常在__init__()方法中定义：

class Car:
    def __init__(self, make, model):
        self.make = make
        self.model = model

car1 = Car("Toyota", "Camry")
car2 = Car("Honda", "Civic")

在这个例子中，car1和car2是两个独立的实例，各自有独立的make和model属性。

类属性

类属性是绑定到类本身的属性，所有实例共享一个类属性。类属性通常在类体内定义：

class Dog:
    species = "Canis lupus familiaris"

    def __init__(self, name):
        self.name = name

dog1 = Dog("Buddy")
dog2 = Dog("Max")

print(dog1.species)  # 输出：Canis lupus familiaris
print(dog2.species)  # 输出：Canis lupus familiaris

在这个例子中，species是一个类属性，所有Dog类的实例共享这个属性。

3. 类的方法

类的方法是绑定到类或实例的函数。根据绑定方式的不同，类的方法可以分为实例方法、类方法和静态方法。

实例方法

实例方法是绑定到实例上的方法，第一个参数通常命名为self（建议不更改），一般表示实例本身：

class Cat:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def meow(self):
        print(f"{self.name} says meow.")

cat1 = Cat("Whiskers")
cat1.meow()  # 输出：Whiskers says meow.

类方法

类方法使用@classmethod装饰器修饰，绑定到类而不是实例（但实例也可以访问它），第一个参数通常命名为cls（建议不更改），表示类本身：

class Bird:
    species = "Aves"

    def __init__(self, name):
        self.name = name

    @classmethod
    def set_species(cls, species):
        cls.species = species

bird1 = Bird("Sparrow")
Bird.set_species("NewSpecies")

print(bird1.species)  # 输出：NewSpecies

静态方法

静态方法使用@staticmethod装饰器修饰，静态方法通常用于逻辑上属于类但不需要访问实例或类属性的方法：

class Math:
    @staticmethod
    def add(a, b):
        return a + b

result = Math.add(5, 3)
print(result)  # 输出：8

4. 特殊情况

实例方法的非绑定调用

上面所说的实例方法的调用是绑定式调用，即对于实例方法，使用了相应的实例调用。这并不是Python强制要求的，下面将举例说明。

class Cat:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def meow(self):
        print(f"{self.name} says meow.")

cat1 = Cat("Whiskers")
# 利用“实例名.实例方法名”的形式绑定调用，无需要手动传递实例作为参数，会自动将实例作为实例方法的第一个位置参数传入
cat1.meow()     # 输出：Whiskers says meow.

# 利用“类名.实例方法名”的形式非绑定调用，需要手动传递实例作为参数
Cat.meow(cat1)       # 输出：Whiskers says meow.
Cat.meow(self=cat1)  # 输出：Whiskers says meow.

在进行非绑定调用时，需要手动传递实例对象，而对于绑定式调用，实例对象会自动传入并作为实例方法的第一个位置参数。

实际上，在进行非绑定调用时，传入的甚至可以不是该类的实例，如下例所示。

class Cat:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def meow(self):
        print(f"{self.name} says meow.")

class Dog:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def bark(self):
        print(f"{self.name} says bark.")

    def What(self):
        print(f"This is just like an {self}")

cat1 = Cat("Whiskers")
dog1 = Dog("Fido")
Cat.meow(dog1)        # 输出：Fido says meow.
Dog.bark(cat1)        # 输出：Whiskers says bark.
Dog.What("function")  # 输出：This is just like an function

对于上例，只要传入bark方法的实例拥有name属性，传入meow方法的实例拥有name属性，就不会报错（这是因为方法中使用了传入对象的name属性）。对于What方法，传入的参数甚至没什么要求。

这是个不建议的行为，因为它消除了实例方法和实例之间的绑定，甚至在某种意义上，该方法都不能称为实例方法了（因为可以像调用任何普通的函数一样调用它）。

一个好的建议是：对于所有的实例方法，都使用实例绑定式调用。

类方法的实例调用

上面所说的类方法的调用是绑定式调用，即对于类方法，使用了相应的类调用。这并不是Python强制要求的，一个类方法可以通过类的实例调用，下面将举例说明。

class Bird:
    species = "Aves"

    def __init__(self, name):
        self.name = name

    @classmethod
    def set_species(cls, species):
        print(cls)
        cls.species = species

bird1 = Bird("Sparrow")
bird1.set_species("NewSpecies")
print(bird1.species) # 输出：<class '__main__.Bird'> NewSpecies

对于静态方法，在通过绑定的类调用时，会自动将类作为静态方法的第一个位置参数传递，即使该类的实例调用静态方法，也是如此。

一个好的建议是：对于所有的类方法，都使用相应的类进行调用。

静态方法的实例调用\访问属性

其实静态方法只代表着，不论是使用实例还是类，对其进行调用时，不会自动传递实例或类作为参数。不论是使用“实例名.实例方法名”还是“类名.实例方法名”，都需要手动传入参数。这也代表着静态方法其实也可以访问类或实例属性（尽管这不推荐），下面将举例说明。

class Math:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    @staticmethod
    def add(a, b):
        return a + b
    
    @staticmethod
    def mul(self):
        return self.x * self.y
    
math1= Math(2, 3)
result1 = math1.add(5, 3)
print(result1)  # 输出：8

result2 = Math.mul(math1)
print(result2)  # 输出：6

result3 = math1.mul(math1)
print(result3)  # 输出：6

上例中的静态方法可以通过类的实例调用，也可以通过在使用类调用时传递实例来访问实例属性。

一个好的建议是：对于所有的静态方法，使用相应的类进行调用，并且不要访问任何属性和方法。