面向对象－类属性和类方法，静态方法

类属性和类方法

目标

• 类的结构
• 类属性和实例属性
• 类方法和静态方法

01. 类的结构

1.1 术语 —— 实例

1. 使用面相对象开发，第 1 步 是设计 类
2. 使用 类名() 创建对象，创建对象 的动作有两步：
   • 1) 在内存中为对象 分配空间
   • 2) 调用初始化方法 __init__ 为 对象初始化
3. 对象创建后，内存 中就有了一个对象的 实实在在 的存在 —— 实例

因此，通常也会把：

1. 创建出来的 对象 叫做 类 的 实例
2. 创建对象的 动作 叫做 实例化
3. 对象的属性 叫做 实例属性
4. 对象调用的方法 叫做 实例方法

在程序执行时：

1. 对象各自拥有自己的 实例属性
2. 调用对象方法，可以通过 self.
   • 访问自己的属性
   • 调用自己的方法

结论

• 每一个对象 都有自己 独立的内存空间，保存各自不同的属性
• 多个对象的方法，在内存中只有一份，在调用方法时，需要把对象的引用 传递到方法内部

1.2 类是一个特殊的对象

Python 中 一切皆对象：

• class AAA: 定义的类属于 类对象
• obj1 = AAA() 属于 实例对象

• 在程序运行时，类 同样 会被加载到内存
• 在 Python 中，类 是一个特殊的对象 —— 类对象
• 在程序运行时，类对象 在内存中 只有一份，使用 一个类 可以创建出 很多个对象实例
• 除了封装 实例 的 属性 和 方法外，类对象 还可以拥有自己的 属性 和 方法
  1. 类属性
  2. 类方法
• 通过 类名. 的方式可以 访问类的属性 或者 调用类的方法

02. 类属性和实例属性

2.1 概念和使用

• 类属性 就是给 类对象 中定义的 属性
• 通常用来记录 与这个类相关 的特征
• 类属性 不会用于记录 具体对象的特征

示例需求

• 定义一个 工具类
• 每件工具都有自己的 name
• 需求 —— 知道使用这个类，创建了多少个工具对象？

class Tool(object):

    # 使用赋值语句，定义类属性，记录创建工具对象的总数
    count = 0

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

        # 针对类属性做一个计数+1
        Tool.count += 1


# 创建工具对象
tool1 = Tool("斧头")
tool2 = Tool("榔头")
tool3 = Tool("铁锹")

# 知道使用 Tool 类到底创建了多少个对象?
print("现在创建了 %d 个工具" % Tool.count)

2.2 属性的获取机制（科普）

• 在 Python 中 属性的获取 存在一个 向上查找机制

• 因此，要访问类属性有两种方式：
  1. 类名.类属性
  2. 对象.类属性 （不推荐）

注意

• 如果使用 对象.类属性 = 值 赋值语句，只会 给对象添加一个属性，而不会影响到 类属性的值

03. 类方法和静态方法

3.1 类方法

• 类属性 就是针对 类对象 定义的属性
  • 使用 赋值语句 在 class 关键字下方可以定义 类属性
  • 类属性 用于记录 与这个类相关 的特征
• 类方法 就是针对 类对象 定义的方法
  • 在 类方法 内部可以直接访问 类属性 或者调用其他的 类方法

语法如下

@classmethod
def 类方法名(cls):
    pass

• 类方法需要用 修饰器 @classmethod 来标识，告诉解释器这是一个类方法
• 类方法的 第一个参数 应该是 cls
  • 由 哪一个类 调用的方法，方法内的 cls 就是 哪一个类的引用
  • 这个参数和 实例方法 的第一个参数是 self 类似
  • 提示 使用其他名称也可以，不过习惯使用 cls
• 通过 类名. 调用 类方法，调用方法时，不需要传递 cls 参数
• 在方法内部
  • 可以通过 cls. 访问类的属性
  • 也可以通过 cls. 调用其他的类方法

示例需求

• 定义一个 工具类
• 每件工具都有自己的 name
• 需求 —— 在 类 封装一个 show_tool_count 的类方法，输出使用当前这个类，创建的对象个数

@classmethod
def show_tool_count(cls):
    """显示工具对象的总数"""
    print("工具对象的总数 %d" % cls.count)

在类方法内部，可以直接使用 cls 访问 类属性 或者 调用类方法

3.2 静态方法

• 在开发时，如果需要在 类 中封装一个方法，这个方法：

  • 既 不需要 访问 实例属性 或者调用 实例方法
  • 也 不需要 访问 类属性 或者调用 类方法

• 这个时候，可以把这个方法封装成一个 静态方法

语法如下

@staticmethod
def 静态方法名():
    pass

• 静态方法 需要用 修饰器 @staticmethod 来标识，告诉解释器这是一个静态方法
• 通过 类名. 调用 静态方法

class Dog(object):
    
    # 狗对象计数
    dog_count = 0
    
    @staticmethod
    def run():
        
        # 不需要访问实例属性也不需要访问类属性的方法
        print("狗在跑...")

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

3.3 方法综合案例

需求

1. 设计一个 Game 类
2. 属性：
   • 定义一个 类属性 top_score 记录游戏的 历史最高分
   • 定义一个 实例属性 player_name 记录 当前游戏的玩家姓名
3. 方法：
   • 静态方法 show_help 显示游戏帮助信息
   • 类方法 show_top_score 显示历史最高分
   • 实例方法 start_game 开始当前玩家的游戏
4. 主程序步骤
   • 1) 查看帮助信息
   • 2) 查看历史最高分
   • 3) 创建游戏对象，开始游戏

案例小结

1. 实例方法 —— 方法内部需要访问 实例属性
   • 实例方法 内部可以使用 类名. 访问类属性
2. 类方法 —— 方法内部 只 需要访问 类属性
3. 静态方法 —— 方法内部，不需要访问 实例属性 和 类属性

提问

如果方法内部 即需要访问 实例属性，又需要访问 类属性，应该定义成什么方法？

答案

• 应该定义 实例方法
• 因为，类只有一个，在 实例方法 内部可以使用 类名. 访问类属性

class Game(object):

    # 游戏最高分，类属性
    top_score = 0

    @staticmethod
    def show_help():
        print("帮助信息：让僵尸走进房间")
        
    @classmethod
    def show_top_score(cls):
        print("游戏最高分是 %d" % cls.top_score)

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

    def start_game(self):
        print("[%s] 开始游戏..." % self.player_name)
        
        # 使用类名.修改历史最高分
        Game.top_score = 999

# 1. 查看游戏帮助
Game.show_help()

# 2. 查看游戏最高分
Game.show_top_score()

# 3. 创建游戏对象，开始游戏
game = Game("小明")

game.start_game()

# 4. 游戏结束，查看游戏最高分
Game.show_top_score()

---

再论静态方法和类方法

1. 类属性、实例属性

它们在定义和使用中有所区别，而最本质的区别是内存中保存的位置不同，

• 实例属性属于对象
• 类属性属于类

class Province(object):
    # 类属性
    country = '中国'

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


# 创建一个实例对象
obj = Province('山东省')
# 直接访问实例属性
print(obj.name)
# 直接访问类属性
Province.country

由上述代码可以看出【实例属性需要通过对象来访问】【类属性通过类访问】，在使用上可以看出实例属性和类属性的归属是不同的。

其在内容的存储方式类似如下图：

 

由上图看出：

• 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

应用场景：

• 通过类创建实例对象时，如果每个对象需要具有相同名字的属性，那么就使用类属性，用一份既可

2. 实例方法、静态方法和类方法

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

    def ord_func(self):
        """ 定义实例方法，至少有一个self参数 """
        # print(self.name)
        print('实例方法')

    @classmethod
    def class_func(cls):
        """ 定义类方法，至少有一个cls参数 """
        print('类方法')

    @staticmethod
    def static_func():
        """ 定义静态方法 ，无默认参数"""
        print('静态方法')



f = Foo("中国")
# 调用实例方法
f.ord_func()

# 调用类方法
Foo.class_func()

# 调用静态方法
Foo.static_func()

 

对比

• 相同点：对于所有的方法而言，均属于类，所以 在内存中也只保存一份
• 不同点：方法调用者不同、调用方法时自动传入的参数不同。