Python 类变量与实例变量完全指南：区别、使用场景及常见陷阱

类变量与实例变量的区别总结

代码示例

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class Example:
    class_var = "我是类变量，所有实例共享我"  # 类变量
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name  # 实例变量，每个实例独有
        
    def modify_class_var(self, new_value):
        Example.class_var = new_value  # 修改类变量，影响所有实例
        
    def modify_instance_var(self, new_name):
        self.name = new_name  # 只修改当前实例的变量

定义位置

类变量：直接在类内部定义，位于所有方法之外
实例变量 ：在实例方法（通常是__init__）内部定义，使用self.变量名

内存存储

类变量：存储在类的命名空间中，只有一份，被所有实例共享
实例变量：存储在各个实例的命名空间中，每个实例有独立的副本

访问方式

类变量 ：可通过类名.变量名或实例.变量名访问
实例变量 ：只能通过实例.变量名访问

生命周期

类变量：在类定义执行时创建，直到程序结束或类被删除
实例变量：在实例创建时创建，直到实例被垃圾回收

数据共享

类变量：所有实例共享同一数据，一处修改，处处生效
实例变量：每个实例独立拥有，修改只影响当前实例

内存效率

类变量：节省内存，不随实例数量增加而增加内存占用
实例变量：随实例数量增加而增加内存占用

常见应用场景

类变量适用于：
- 常量数据（如CSS选择器、默认值）
- 所有实例共享的配置
- 计数器和统计信息
- 缓存数据
- 共享资源（数据库连接等）
实例变量适用于：
- 实例特有状态
- 可变的个体数据
- 实例间的关系
- 实例特定的配置
- 运行时的状态跟踪

常见陷阱

通过实例修改可变类变量（如列表、字典）会影响所有实例
同名的实例变量会覆盖类变量的访问（但不会修改类变量本身）
类方法中不能直接访问实例变量（因为没有self引用）

记住：类变量用于共享，实例变量用于独立。理解这一核心区别可以帮助您设计更好的类结构。

类变量与实例变量：深入理解

1. 内存模型与存储位置

想象类和实例的内存结构：

类变量存储在类对象中（只有一份）
实例变量存储在每个实例对象中（有多份）

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class Student:
    school = "清华大学"  # 类变量，所有学生共享同一所学校
    
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name  # 实例变量，每个学生有自己的名字
        self.age = age    # 实例变量，每个学生有自己的年龄

如果创建三个学生实例：

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student1 = Student("张三", 20)
student2 = Student("李四", 21)
student3 = Student("王五", 19)

内存结构类似于：

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Student类对象:
    - school = "清华大学"
    
student1实例对象:
    - name = "张三"
    - age = 20
    
student2实例对象:
    - name = "李四"
    - age = 21
    
student3实例对象:
    - name = "王五"
    - age = 19

2. 修改时的行为差异

当修改类变量时，所有实例都会看到变化（除非实例有同名的实例变量覆盖）：

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# 修改学校名称
Student.school = "北京大学"

# 所有学生的学校都变成了"北京大学"
print(student1.school)  # 输出: "北京大学"
print(student2.school)  # 输出: "北京大学"
print(student3.school)  # 输出: "北京大学"

但修改实例变量只影响该实例：

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# 只修改student1的年龄，从20改为22
student1.age = 22

print(student1.age)  # 输出: 22
print(student2.age)  # 输出: 21 (没变)
print(student3.age)  # 输出: 19 (没变)

3. 陷阱：通过实例修改可变类变量

如果类变量是可变对象（如列表、字典），通过实例修改它会影响所有实例：

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class Course:
    students = []  # 类变量，是个列表

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        
    def add_student(self, student):
        self.students.append(student)  # 看起来是在操作实例，但实际修改的是类变量

使用案例：

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math = Course("数学")
physics = Course("物理")

math.add_student("张三")  
print(physics.students)  # 输出: ["张三"] - 物理课也有了"张三"这个学生！

4. 具体应用场景示例

适合使用类变量的场景：

配置信息：例如您项目中的CSS选择器

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class CNEducationPage(EducationPage):
    # 所有页面实例用相同的选择器，很适合做类变量
    COURSE_LIST = ".course-container, .course-list, .courses"

数据库连接：所有实例共享同一个连接池

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class DatabaseManager:
    connection_pool = []  # 连接池作为类变量被所有实例共享
    
    def __init__(self, query):
        self.query = query  # 每个实例的查询不同，用实例变量

计数器：记录创建了多少个实例

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class User:
    count = 0  # 类变量用作计数器
    
    def __init__(self, username):
        User.count += 1  # 每创建一个实例就增加计数
        self.id = User.count  # 给每个用户分配一个唯一ID
        self.username = username

适合使用实例变量的场景：

实例状态：例如浏览器页面实例

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class BasePage:
    def __init__(self, page):
        self.page = page  # 每个页面实例操作不同的页面对象
        self.loaded = False  # 跟踪这个特定页面是否加载完成

用户输入数据：

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class FormProcessor:
    # 类变量：表单共同的字段
    fields = ["name", "email", "message"]
    
    def __init__(self, form_data):
        # 实例变量：每个表单处理器有不同的输入数据
        self.data = form_data
        self.errors = []  # 存储处理过程中的错误

对象间关系：

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class Teacher:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.students = []  # 每个老师有自己的学生列表，用实例变量
        
    def add_student(self, student):
        self.students.append(student)  # 只影响这个老师的学生列表

总结：类变量用于共享数据 ，实例变量用于独立状态。理解这两者的区别对于设计健壮的类结构至关重要。