關於Python類屬性與實例屬性的討論

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標題名字有點長。
之因此想寫這個文章是由於碰巧看到網上一篇關於Pyhon中類屬性及實例屬性區別的帖子。由於我以前也被這個問題困擾過，今天碰巧看到了這篇帖子，發現帖子的做者只是描述了現象，而後對緣由的解釋比較含糊，並無從根本上解釋這個問題，因此纔想寫一下我對這個問題的想法。

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性子急的能夠直接跳到最後看總結。
原帖子地址

問題描述

爲了方便對比，我仍是使用原帖子的例子：

class AAA():  
    aaa = 10  

# 情形1   
obj1 = AAA()  
obj2 = AAA()   
print obj1.aaa, obj2.aaa, AAA.aaa   

# 情形2  
obj1.aaa += 2  
print obj1.aaa, obj2.aaa, AAA.aaa   

# 情形3  
AAA.aaa += 3  
print obj1.aaa, obj2.aaa, AAA.aaa

情形1的結果是：10 10 10；
情形2的結果是：12 10 10；
情形3的結果是：12 13 13；

首先爲何會有這個問題呢？
由於aaa屬性被稱爲類屬性，既然是類屬性，那麼根據從C++/Java這種靜態語言使用的經驗來判斷，類屬性應該是爲其實例所共享的。很天然的，既然是共享關係，那麼從類的層次改變aaa的值，天然其實例的aaa的值也要跟着變化了。
但是情形3的狀況卻說明，上面的說法是錯的。
錯哪裏呢？
要從Python的類屬性講起

Python中類屬性的含義

Python屬於動態強類型的語言，在不少地方和靜態語言不一樣，所以，不能把靜態語言的規則套到動態語言上來。其中，類屬性就是一個很好的例子。
Python中屬性的獲取
對於屬性，咱們一般採用類.屬性或實例.屬性的形式調用。
例如上例中的AAA.aaa屬於類.屬性形式，obj1.aaa屬於實例.屬性的形式
Python中屬性的設置
對於屬性的設置咱們一般採用類.屬性 = 值或實例.屬性 = 值的形式
例如obj1.aaa = 3

上例中obj1.aaa += 2等價於obj1.aaa = obj1.aaa + 2，這句話包含了屬性獲取及屬性設置兩個操做

OK，重點來了，Python中屬性的獲取和設置的機制與靜態語言是不一樣的，正是背後機制的不一樣，致使了Python中類屬性不必定是爲其實例所共享的

Python中屬性查找機制

Python中屬性的獲取存在一個向上查找機制，仍是拿上面的例子作說明：
Python中一切皆對象，AAA屬於類對象，obj1屬於實例對象，從對象的角度來看，AAA與obj1是兩個無關的對象，可是，Python經過下面的查找樹創建了類對象AAA與實例對象obj1、obj2之間的關係。
如圖所示

AAA
         |
       -----
      |     |  
    obj1   obj2

(圖畫的很差，見諒 -.-!!!)
當調用AAA.aaa時，直接從AAA獲取其屬性aaa。
可是情形1中調用obj1.aaa時，Python按照從obj1到AAA的順序由下到上查找屬性aaa。
值得注意的這時候obj1是沒有屬性aaa的，因而，Python到類AAA中去查找，成功找到，並顯示出來。因此，從現象上來看，AAA的屬性aaa確實是共享給其全部實例的，雖然這裏只是從查找樹的形式模擬了其關係。

Python中的屬性設置

原帖子的做者也指出問題的關鍵在於情形2中obj1.aaa += 2。
爲何呢？
上面咱們指出obj.aaa += 2包含了屬性獲取及屬性設置兩個操做。即obj1.aaa += 2等價於obj1.aaa = obj1.aaa + 2。
其中等式右側的obj.aaa屬於屬性獲取，其規則是按照上面提到的查找規則進行，即，這時候，獲取到的是AAA的屬性aaa，因此等式左側的值爲12。
第二個操做是屬性設置，即obj.aaa = 12。當發生屬性設置的時候，obj1這個實例對象沒有屬性aaa，所以會爲自身動態添加一個屬性aaa。
因爲從對象的角度，類對象和實例對象屬於兩個獨立的對象，因此，這個aaa屬性只屬於obj1，也就是說，這時候類對象AAA和實例對象aaa各自有一個屬性aaa。
那麼，在情形3中，再次調用obj1.aaa時，按照屬性調用查找規則，這個時候獲取到的是實例對象obj1的屬性aaa，而不是類對象AAA的屬性aaa。

對問題探討的總結

到這裏就能夠完滿解釋上面的問題：
1. Python中屬性的獲取是按照從下到上的順序來查找屬性；
2. Python中的類和實例是兩個徹底獨立的對象；
3. Python中的屬性設置是針對對象自己進行的；

對情形1的解釋

由於Python中的屬性獲取是按照從下到上的順序來查找的，因此在情形1：

obj1 = AAA()  
obj2 = AAA()

實例對象obj1和obj2不存在屬性aaa。
證實以下：

>>> obj1.__dict__
{}
>>> obj2.__dict__
{}

因此，此時，obj1.aaa, obj2.aaa, AAA.aaa實質上都是指AAA.aaa。所以，輸出一樣的結果。

對情形2的解釋

由於Python中的類和實例是兩個徹底獨立的對象且Python中的屬性設置是針對對象自己進行的，因此在情形2：

obj1.aaa += 2

實質上是對實例對象obj1設置了屬性aaa，並賦值爲12。證實以下：

>>> obj1.aaa = 3
>>> obj1.__dict__
{'aaa': 3}
>>> obj2.__dict__
{}

所以，再次調用obj1.aaa時，將獲取到的是實例對象obj1的屬性aaa，而不是類對象AAA的屬性aaa。而對於實例對象obj2，因爲其並無屬性aaa，因此調用obj2.aaa時，獲取到的是AAA的屬性aaa。

對情形3的解釋

順利理解了前兩個情形，那麼第3個情形就很容易了，改變AAA的屬性aaa只能影響到類對象AAA和實例對象obj2，不能影響obj1，由於，obj1存在aaa，在獲取時，不會獲取到AAA的屬性。

寫在最後的話

問題自己很簡單，可是經過對這個問題的探討，能夠深刻理解Python做爲一個動態語言，在OOP的機制上與靜態語言的差異。 最關鍵的地方在於兩點： 1. 理解Python是如何利用查找樹的機制來模仿類及實例之間的關係； 2. 理解動態語言是能夠動態設置屬性的