Python中类（静态）变量和方法的创建

技术背景

在Python中，虽然没有像C++和Java那样明确的static关键字，但仍然可以实现类（静态）变量和方法。理解如何创建和使用这些特性，对于编写高效、可维护的Python代码至关重要。

实现步骤

类（静态）变量

在Python中，变量声明在类定义内部，但不在任何方法内部，即为类（静态）变量。示例如下：

class MyClass:
    i = 3

print(MyClass.i)  # 输出: 3

需要注意的是，类变量和实例变量是不同的。如果对实例的同名变量进行赋值，不会改变类变量的值：

m = MyClass()
m.i = 4
print(MyClass.i, m.i)  # 输出: 3 4

静态方法

可以使用@staticmethod装饰器来定义静态方法。静态方法不需要访问类或实例的属性和方法，因此没有默认的第一个参数。示例如下：

class C:
    @staticmethod
    def f(arg1, arg2):
        return arg1 + arg2

result = C.f(1, 2)
print(result)  # 输出: 3

类方法

使用@classmethod装饰器来定义类方法。类方法的第一个参数是类对象本身，通常命名为cls。示例如下：

class Test:
    i = 3
    @classmethod
    def g(cls, arg):
        if arg > cls.i:
            cls.i = arg

Test.g(5)
print(Test.i)  # 输出: 5

核心代码

以下是一个包含类变量、静态方法和类方法的完整示例：

class Calculator:
    num = 0

    def __init__(self, digits):
        Calculator.num = int(''.join(map(str, digits)))

    @staticmethod
    def multiply(n1, n2, *args):
        res = 1
        for num in args:
            res *= num
        return n1 * n2 * res

    @classmethod
    def get_digits(cls, num):
        digits = list(str(num))
        calc = cls(digits)
        return calc.num

print(Calculator.multiply(1, 2, 3, 4))  # 输出: 24
print(Calculator.get_digits(314159))    # 输出: 314159

最佳实践

• 使用类方法替代静态方法：当需要访问类的属性或方法时，优先使用类方法，因为它可以接收类对象作为第一个参数。
• 使用属性来模拟静态变量：为了确保类变量在所有实例之间保持同步，可以将类变量转换为属性。示例如下：

class Test:
    _i = 3

    @property
    def i(self):
        return type(self)._i

    @i.setter
    def i(self, val):
        type(self)._i = val

x1 = Test()
x2 = Test()
x1.i = 50
print(x2.i)  # 输出: 50

常见问题

类变量和实例变量的混淆

当对实例的同名变量进行赋值时，会创建一个新的实例变量，而不是改变类变量的值。例如：

class Test:
    i = 3

t = Test()
t.i = 5
print(Test.i, t.i)  # 输出: 3 5

静态方法和类方法的误用

静态方法不能访问类或实例的属性和方法，而类方法可以。如果需要访问类的属性或方法，应该使用类方法而不是静态方法。

子类对类变量的影响

子类可以继承和修改父类的类变量。例如：

class A:
    static = 1

class B(A):
    pass

print(A.static)  # 输出: 1
print(B.static)  # 输出: 1

A.static = 5
print(A.static)  # 输出: 5
print(B.static)  # 输出: 5

B.static = 6
print(A.static)  # 输出: 5
print(B.static)  # 输出: 6