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Python 类与实例

类定义一类对象支持的行为，实例保存某个具体对象的状态。类本身也是对象，可以持有属性；实例访问到的属性，可能来自实例自身，也可能来自类或父类。

测试代码里的状态污染往往就发生在这里：本应属于每个用例的列表被放成类属性，多个实例实际修改的是同一个列表。准备这一主题时，要把“属性写在哪里”和“查找时找到哪个对象”连起来解释。

1. 面试核心

先记住这几条，再读正文

实例属性通常通过 self.name = value 建立，类属性写在类体或类对象上。类属性引用的可变对象会被没有同名实例属性的实例共同访问。卡 · 对象创建与实例状态
对普通数据属性，实例中存在的同名属性会遮蔽类属性。obj.name = value 通常建立实例绑定，不等于修改 Class.name；属性描述符等机制需要另行判断。卡 · 同名属性的遮蔽
通过实例取得普通函数形式的方法时，会绑定实例。obj.method(arg) 中的 self 来自调用对象，不是 Python 自动创建的全局变量。卡 · 方法绑定
实例方法接收实例，类方法接收类，静态方法不自动接收二者。选择哪一种取决于实现需要哪一层状态。卡 · 实例方法、类方法与静态方法
子类可以重写行为，调用方也可以依赖共同协议使用不同类型。多态不要求所有对象都继承同一个显式业务基类。卡 · 继承与多态

2. 对象创建与实例状态

卡 · Python 类变量和实例变量有什么区别，怎样避免多个实例共享列表？

类体执行后产生类对象，调用类通常会创建并初始化实例。__init__ 负责初始化已经创建好的实例，不应把它理解为返回新对象的普通工厂函数。

class TestCase:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.results = []

    def record(self, result):
        self.results.append(result)

first = TestCase("login")
second = TestCase("logout")
first.record("passed")

print(first.name, first.results)    # login ['passed']
print(second.name, second.results)  # logout []

每次执行 __init__ 都创建新列表，再绑定到相应实例的 results 属性，因此两个实例的记录彼此独立。self 是当前实例的惯用形参名，显式写在方法声明里；调用时则由实例方法绑定机制传入。

__new__ 负责创建对象，__init__ 在合适条件下初始化实例。一般业务类实现 __init__ 就够了，不需要为了掌握类与实例先自定义对象分配过程。

3. 类属性与共享对象

卡 · Python 类变量和实例变量有什么区别，怎样避免多个实例共享列表？卡 · 给实例的普通属性赋值，为什么不一定改变类上的同名属性？

类属性保存在类上，适合表示这类对象共同使用的配置或常量。把可变列表放在类体中，就会让多个实例通过类查找访问同一个列表。

class SharedCase:
    results = []

first = SharedCase()
second = SharedCase()
first.results.append("passed")

print(second.results)             # ['passed']
print(first.results is second.results)  # True

first 没有自己的 results 属性，于是找到 SharedCase.results。append 修改这个共享列表，没有给 first 创建新属性。把列表放进 __init__ 并执行 self.results = []，才能明确地为每个实例分配列表。

3.1 同名属性的遮蔽

普通数据属性可以在实例层建立同名绑定，从而遮蔽类属性。

class Limits:
    timeout = 3

first = Limits()
second = Limits()
first.timeout = 1
Limits.timeout = 5

print(first.timeout)   # 1
print(second.timeout)  # 5
print(Limits.timeout)  # 5

first.timeout = 1 形成实例属性，此后类上改成 5，first 仍读取自己的 1；second 没有同名实例属性，所以继续读取类上的值。

这个“实例优先”的说明限定于普通数据属性。property 等数据描述符可以优先处理访问或赋值，类也能自定义属性访问过程，不能把简化的查找顺序当作覆盖所有对象的规则。

4. 方法绑定

卡 · 调用 obj.method 时，self 从哪里来？卡 · 实例方法、类方法和静态方法怎样选择？

普通函数存放在类中，通过实例取得时，会形成绑定方法，把实例作为调用的第一个参数。

class Counter:
    def __init__(self):
        self.value = 0

    def add(self, amount):
        self.value += amount
        return self.value

counter = Counter()
print(counter.add(2))         # 2
print(Counter.add(counter, 3))  # 5

在这个例子中，counter.add(2) 与显式调用 Counter.add(counter, 2) 具有相应的参数绑定关系。self 不是一个固定指向所有对象的名称，而是每次调用时收到的实例。

4.1 实例方法、类方法与静态方法

方法形式	隐式接收的对象	合适的职责
普通实例方法	实例，通常命名为 `self`	读写当前实例状态
`@classmethod`	类，通常命名为 `cls`	根据当前类构造实例、处理类级行为
`@staticmethod`	无	与该类主题相关但不需要实例或类状态的函数

class Endpoint:
    def __init__(self, host):
        self.host = host

    @classmethod
    def from_text(cls, text):
        return cls(text.strip())

    @staticmethod
    def valid_port(port):
        return 1 <= port <= 65535

endpoint = Endpoint.from_text(" example.test ")
print(endpoint.host)          # example.test
print(Endpoint.valid_port(443))  # True

from_text 使用 cls(...)，所以子类调用这个方法时，可以构造对应子类；如果硬编码 Endpoint(...)，就固定了返回类型。valid_port 只使用传入值，放在模块级也可以，选择静态方法主要是组织方式，不会额外获得实例状态。

5. 继承与多态

卡 · Python 如何通过继承和多态使用不同实现？

继承让子类复用和扩展已有行为，多态让调用方通过相同操作使用不同对象。

class Checker:
    def check(self, value):
        return value is not None

class PositiveChecker(Checker):
    def check(self, value):
        return super().check(value) and value > 0

for checker in [Checker(), PositiveChecker()]:
    print(checker.check(0))
# True
# False