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实例属性和类属性

属性就是对象保存的数据。Python 类中最容易混淆的一点是：有些属性属于某一个实例，有些属性属于类本身并被多个实例共享。

可以先记住一句话：写在 self 上的通常是实例属性，写在类体中的通常是类属性。 选择错误会导致数据意外共享，或者修改一个对象时影响其他对象。

本文示例适用于 Python 3.10 及以上版本。学完后，你应该能够：

  • 创建和读取实例属性、类属性；
  • 解释属性查找和同名属性遮蔽；
  • 避免列表、字典等可变类属性的共享陷阱；
  • 使用 ClassVar 表达类级状态，并理解继承时的行为。

从例子开始​

class Student:
    school = "清风学校"  # 类属性

    def __init__(self, name: str, grade: int):
        self.name = name   # 实例属性
        self.grade = grade


first = Student("小林", 3)
second = Student("小周", 4)

print(first.name)     # 小林，每个实例不同
print(second.name)    # 小周
print(first.school)   # 清风学校，共享类属性
print(Student.school) # 清风学校

first 和 second 有各自的 name、grade，但都从 Student 类读取 school。

实例属性​

在实例方法中使用 self.attribute = value，会在当前对象上创建或修改属性：

class Counter:
    def __init__(self, start: int = 0):
        self.value = start

    def increment(self) -> None:
        self.value += 1


first = Counter()
second = Counter(10)
first.increment()
print(first.value)  # 1
print(second.value) # 10

普通实例会把这些属性存放在 __dict__ 中：

print(first.__dict__) # {'value': 1}

实例创建后也可以动态增加属性：

first.label = "主计数器"

这种灵活性适合探索和小型脚本，但业务对象最好在 __init__() 中建立完整、有效的状态，避免不同实例拥有不可预测的字段集合。

类属性​

类属性写在类体中，通常用于常量、默认配置或类级统计：

class Product:
    currency = "CNY"
    tax_rate = 0.13

    def __init__(self, price: float):
        self.price = price


book = Product(49.9)
print(book.currency)   # 可以通过实例读取
print(Product.currency) # 也可以通过类读取

读取 book.currency 时，如果实例没有同名属性，Python 会继续到所属类中查找。修改所有实例共享的默认配置时，应明确写 Product.currency，让代码意图更清楚。

属性查找和遮蔽​

可以用简化的顺序理解普通属性读取：

  1. 先查实例属性；
  2. 再查所属类；
  3. 最后查基类。
class User:
    role = "user"


user = User()
print(user.role) # user，来自类属性

user.role = "admin"
print(user.role) # admin，实例属性遮蔽了类属性
print(User.role) # user，类属性没有被修改

del user.role
print(user.role) # user，删除实例属性后再次读取类属性

通过实例赋值通常只会创建实例属性，不会改变类属性。通过类赋值才会修改类属性：

User.role = "member"
print(User().role) # member

描述器（例如 property）有更复杂的优先级，但日常代码先掌握上述规则即可。

最危险的陷阱：可变类属性​

列表、字典和集合等可变对象如果定义在类体中，会被所有实例共享：

class BadCart:
    items = []

    def add(self, item: str) -> None:
        self.items.append(item)


first = BadCart()
second = BadCart()
first.add("书")
print(second.items) # ['书']，通常不是预期结果

append() 修改的是类属性指向的同一个列表。正确做法是在 __init__() 中为每个实例创建新列表：

class Cart:
    def __init__(self):
        self.items: list[str] = []

    def add(self, item: str) -> None:
        self.items.append(item)

类属性使用不可变值通常没有这个问题：

class Settings:
    timeout_seconds = 30

共享可变状态并非绝对错误，例如缓存或全局注册表可能确实需要共享；关键是明确写出这种设计，并处理并发、生命周期和清理问题。

用 ClassVar 表达设计意图​

typing.ClassVar 告诉类型检查器：该属性属于类，不应作为数据类或普通实例字段处理：

from typing import ClassVar


class User:
    total_created: ClassVar[int] = 0

    def __init__(self, name: str):
        self.name = name
        User.total_created += 1

ClassVar 只是类型标注，不会在运行时阻止 user.total_created = 100。要保护状态，仍需通过接口、property 或其他运行时逻辑实现。

类属性与继承​

子类可以读取父类的类属性，也可以创建自己的同名类属性：

class Animal:
    category = "动物"


class Dog(Animal):
    category = "犬科"


print(Animal.category) # 动物
print(Dog.category)    # 犬科

如果通过子类修改：

class Cat(Animal):
    pass


Cat.category = "猫科"
print(Animal.category) # 动物，创建/修改的是 Cat 自己的属性

但如果类属性是可变对象，子类可能仍然共享父类对象：

class Base:
    tags = []


class Child(Base):
    pass


Child.tags.append("child")
print(Base.tags) # ['child']

需要隔离时，在子类中重新绑定新对象，或在初始化阶段为实例创建独立数据。

类级统计和类方法​

类属性很适合保存统计值，但修改它时应通过类名，避免误创建实例属性：

class Ticket:
    issued: ClassVar[int] = 0

    def __init__(self):
        type(self).issued += 1


first = Ticket()
second = Ticket()
print(Ticket.issued) # 2

如果希望子类分别统计，可以使用 type(self)；如果希望所有子类共用一个总数，则写死 Ticket.issued 更明确。配套的 @classmethod 可以提供读取或重置统计的类级接口：

class Ticket:
    issued: ClassVar[int] = 0

    @classmethod
    def issued_count(cls) -> int:
        return cls.issued

属性、默认值和数据类​

数据类中的可变字段必须使用 default_factory：

from dataclasses import dataclass, field


@dataclass
class Cart:
    items: list[str] = field(default_factory=list)

直接写 items: list[str] = [] 会被数据类拒绝或造成错误的共享语义。普通类同样遵循“在初始化时创建可变实例属性”的原则。

__slots__ 的影响​

定义 __slots__ 后，实例通常不能再动态增加未声明的属性，也可能没有 __dict__：

class Pixel:
    __slots__ = ("x", "y")

    def __init__(self, x: int, y: int):
        self.x = x
        self.y = y


pixel = Pixel(10, 20)
# pixel.color = "red" # AttributeError

__slots__ 不是访问限制或安全机制。它适合实例数量巨大、字段固定且确实需要节省内存的场景；使用前要考虑继承、弱引用和序列化兼容性。

选择属性归属的原则​

问题更适合实例属性更适合类属性
数据是否每个对象不同？是否
是否需要对象独立修改？是否，共享读取
是否是常量或默认配置？通常不是是
是否是全体对象的统计？通常不是是
是否为列表、字典等可变对象？在 __init__() 中创建只有明确需要共享时

例如，学生姓名和成绩是实例属性，学校名称可以是类属性；购物车商品列表必须是实例属性，除非你明确要做共享购物车。

常见错误​

修改实例属性却以为修改了类属性​

user.role = "admin" 通常只影响这个实例。需要改变默认值时写 User.role = "admin"，并考虑已经存在的实例是否有同名遮蔽属性。

把可变默认值放在类体或函数参数中​

类属性列表和函数默认列表都可能被调用者共享。实例数据应在 __init__() 中创建，函数则使用 None 再初始化。

通过 __dict__ 绕过属性规则​

直接修改字典会跳过 property setter 和校验。除调试或序列化外，优先使用公开接口。

练习​

练习一：课程注册​

定义 Course 类：

  • name 是实例属性；
  • max_students 是类属性默认值；
  • 每个课程有独立的 students 列表；
  • 实现 enroll(student)，超过上限时抛出异常。

练习二：对象计数​

定义 Connection 类，使用类属性统计创建数量，并提供 @classmethod count() 读取统计值。思考继承后使用 Connection.count 和 cls.count 的差异。

小结​

  • self.name = value 创建实例属性，类体中的赋值创建类属性；
  • 读取实例属性时，实例属性通常会遮蔽同名类属性；
  • 可变类属性会被多个实例共享，实例列表和字典应在 __init__() 中创建；
  • ClassVar 表达类级字段的意图，但不会自动提供运行时保护；
  • 类属性会参与继承查找，子类可以覆盖或重新绑定；
  • 类级统计、常量和默认配置适合类属性，个体状态适合实例属性；
  • __slots__ 可以限制动态属性，但不是安全机制，使用前要评估兼容性。