类变量与实例变量

理解类变量（class variables）和实例变量（instance variables）的区别，是掌握 Python 面向对象编程的关键。它们存储在不同的命名空间中，生命周期和共享方式完全不同。

类变量

类变量定义在类体中，不在任何方法内。它被所有实例共享：

class Dog(object):
    kind = "canine"         # 类变量
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name    # 实例变量

d = Dog("Fido")
e = Dog("Buddy")

print d.kind        # canine
print e.kind        # canine
print Dog.kind      # canine，通过类访问

类变量通过类名访问（Dog.kind）或通过实例访问（d.kind）。通过实例访问时，Python 先在实例的 __dict__ 中查找，找不到再到类的 __dict__ 中查找。

实例变量

实例变量在 __init__ 或其他方法中通过 self.xxx 赋值。每个实例有独立的副本：

print d.name        # Fido
print e.name        # Buddy

d.name = "Rex"
print d.name        # Rex
print e.name        # Buddy —— 不受影响

可变类变量的陷阱

当类变量是可变对象（如列表、字典）时，通过实例修改会影响所有实例：

class Dog(object):
    tricks = []         # 类变量，列表是可变的！
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    
    def add_trick(self, trick):
        self.tricks.append(trick)   # 修改类变量！

d = Dog("Fido")
e = Dog("Buddy")

d.add_trick("roll over")
e.add_trick("play dead")

print d.tricks      # ['roll over', 'play dead'] —— 两个狗共享同一个列表！
print e.tricks      # ['roll over', 'play dead']
print Dog.tricks    # ['roll over', 'play dead']

这是 Python 面向对象中最经典的陷阱。tricks 是类变量，所有实例共享同一个列表。self.tricks.append() 修改的是这个共享列表。

正确做法

可变数据应该作为实例变量：

class Dog(object):
    kind = "canine"     # 类变量，字符串不可变，安全
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.tricks = []    # 实例变量，每个狗有自己的列表
    
    def add_trick(self, trick):
        self.tricks.append(trick)

d = Dog("Fido")
e = Dog("Buddy")

d.add_trick("roll over")
e.add_trick("play dead")

print d.tricks      # ['roll over']
print e.tricks      # ['play dead']

通过实例修改类变量

通过实例给类变量赋值，会创建同名的实例变量，遮蔽类变量：

class Counter(object):
    count = 0           # 类变量

c1 = Counter()
c2 = Counter()

print c1.count, c2.count    # 0 0

Counter.count = 10          # 修改类变量
print c1.count, c2.count    # 10 10

c1.count = 5                # 创建实例变量 c1.count！
print c1.count              # 5，实例变量
print c2.count              # 10，类变量
print Counter.count         # 10，类变量

c1.count = 5 不是修改 Counter.count，而是在 c1 的 __dict__ 中创建了 count 属性。此后 c1.count 访问的是实例变量，c2.count 仍然访问类变量。

使用场景

场景	推荐
所有实例共享的常量	类变量（不可变对象）
每个实例独立的数据	实例变量
统计实例数量	类变量（注意线程安全）
默认配置	类变量

class Employee(object):
    company = "ACME"        # 类变量：所有员工同公司
    employee_count = 0      # 类变量：统计员工数
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name    # 实例变量
        self.id = Employee.employee_count
        Employee.employee_count += 1

alice = Employee("Alice")
bob = Employee("Bob")

print alice.id      # 0
print bob.id        # 1
print Employee.employee_count   # 2