类变量和实例变量在内存中是如何存储的？

一、先搞懂两个核心存储容器：`dict`

Python 中，类、每个实例对象各自拥有独立的属性字典 __dict__，所有自定义属性都存在这里。

类变量：存放在类对象的 __dict__
实例变量：存放在实例对象的 __dict__

1. 类对象的内存存储

当你定义 class A: 时：

Python 在堆内存中创建一个 type 类型的类对象；
类中直接定义的变量、类方法、静态方法、装饰器属性，全部存入 A.__dict__；
所有实例不会复制这份字典，只是通过属性查找链引用。

示例：

python

运行

复制代码

class A:
    cls_num = 100

    def func(self):
        pass

print(A.__dict__)
# 包含 'cls_num'、'func' 等类属性

内存结构简图

plaintext

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堆内存
┌──────────── 类对象 A(type实例) ───────────┐
│ A.__dict__: {'cls_num': 100, 'func': 函数地址...} │
└─────────────────────────────────────────────┘

二、实例对象的内存存储

执行 a = A() 实例化：

在堆上创建实例对象，分配对象头部信息（引用计数、类型指针等）；
默认创建空的实例属性字典 a.__dict__；
实例初始不会拷贝任何类变量到自己的 __dict__；
通过内部指针 __class__ 指向所属类 A，找不到属性时向上去类的 __dict__ 查找。

python

运行

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a = A()
print(a.__dict__)  # 初始为空 {}
print(a.__class__ is A)  # True

内存结构简图

plaintext

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┌──── 实例对象 a ────┐        ┌──── 类对象 A ────┐
│ __class__ → 指向A  │        │ A.__dict__      │
│ a.__dict__ = {}   │◄───────│ cls_num=100     │
└───────────────────┘        └─────────────────┘

三、两种变量详细存储规则

1. 类变量存储规则

仅存储一份 ：无论创建多少个实例，类变量只存在类的 __dict__ 中；
访问规则：
- A.cls_num：直接查 A.__dict__
- a.cls_num：先查 a.__dict__ 没找到，再去 A.__dict__ 查找
通过类名赋值 ：只会修改类 __dict__ 里的值，所有实例可见。

2. 实例变量存储规则

在 __init__ 中用 self.xxx = 值，属性写入当前实例自己的 __dict__；
每一个实例都有独立的 __dict__，互不干扰；
只能通过当前实例访问，类无法直接访问实例变量。

python

运行

复制代码

class A:
    cls_var = 10

    def __init__(self):
        self.ins_var = 20  # 存入实例.__dict__

a1 = A()
a2 = A()
print(a1.__dict__)  # {'ins_var':20}
print(a2.__dict__)  # {'ins_var':20} 两个独立字典

内存结构

plaintext

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实例a1：__dict__ {'ins_var':20}
实例a2：__dict__ {'ins_var':20}
类A：__dict__ {'cls_var':10}

四、高频易错场景：实例赋值同名类变量

python

运行

复制代码

class A:
    num = 10

a = A()
a.num = 99

存储变化：

不会修改类的 num；
在当前实例 a.__dict__ 中新增键 'num' = 99；
后续 a.num 优先读取实例自己的属性，屏蔽了类变量。

内存结构：

plaintext

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A.__dict__: {'num':10}
a.__dict__: {'num':99}

五、可变类变量（list/dict）的存储特点

python

运行

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class A:
    lst = [1,2]

a = A()
a.lst.append(3)

lst 依然只存在类的 __dict__；
所有实例引用同一个列表内存地址；
只是修改堆上列表内部数据，没有在实例新建属性，所以全部实例共享变化。

六、slots 对实例存储的改变（优化存储）

默认实例靠 __dict__ 存储属性，开销大；使用 __slots__ 后：

实例不再创建 __dict__；
属性固定存在实例结构体的数组中，内存大幅压缩；
不能动态新增实例属性，只能使用 slots 定义的字段。

python

运行

复制代码

class A:
    __slots__ = ["name"]
    cls_var = 10
    def __init__(self):
        self.name = "test"
# 实例没有 __dict__，属性存在固定内存数组里

七、整体存储总结表

表格

维度	类变量	实例变量
存储位置	类对象的 `__dict__`	每个实例各自的 `__dict__`（或__slots__数组）
内存份数	全局仅 1 份	N 个实例就 N 份独立存储
创建时机	类定义阶段	实例化运行时（一般`__init__`）
属性查找顺序	实例→类	直接当前实例
生命周期	类加载到程序结束	实例创建到被 GC 回收