100天精通Python（基础篇）——第17天：类属性和类方法

1. 类的结构

1.1 术语 —— 实例

• 1.使用面向对象开发，第一步是设计类。

• 2.使用 类名() 创建对象，创建对象的动作有两步：

  • 在内存中为对象分配空间。

  • 调用初始化方法 __init__ 为对象初始化。

对象创建后，内存中就有了一个对象的实实在在的存在，我们称之为实例。

因此，我们通常会把以下内容进行转换：

• 1.创建出来的 对象 称为 类 的 实例，就像是每个人都是某个明星的铁杆粉丝一样。

• 2.创建对象的 动作 称为 实例化，就像是粉丝们追星一样，追求与偶像的亲密接触。

• 3.对象的属性 称为 实例属性，就像是粉丝们的个人特点和喜好一样，每个人都有自己独特的品味。

• 4.对象调用的方法 称为 实例方法，就像是粉丝们展示自己对偶像的支持和热爱一样，通过各种方式表达自己的情感。

在程序执行时：

• 1.对象各自拥有自己的 实例属性，就像是每个粉丝都有自己独特的特点和喜好。

• 2.调用对象方法，可以通过 self.，就像是粉丝们互相传递彼此的心意和信息。

  • 访问自己的属性，就像是粉丝们展示自己的个性和喜好。

  • 调用自己的方法，就像是粉丝们展示自己对偶像的支持和热爱。

结论：

• 每一个对象 都有自己 独立的内存空间，保存各自不同的属性，就像是每个粉丝都有自己的个性和喜好。

• 多个对象的方法，在内存中只有一份，在调用方法时，需要把对象的引用 传递到方法内部，就像是粉丝们互相传递彼此的心意和信息。

1.2 类是一个特殊的对象

在 Python 中，一切都是对象，就像是一群特殊的人：

• class AAA：定义的类就像是一个类对象，可以看作是一个特殊的人类。

• obj1 = AAA()：创建的实例对象就像是一个具体的人，属于这个特殊的人类。

• 在程序运行时，类也会被加载到内存中，就像是这个特殊的人类在我们的大脑中占据一席之地。

• 在 Python 中，类是一种特殊的对象，我们称之为类对象。

• 在内存中，类对象只有一份，就像是这个特殊的人类只有一个。

• 通过一个类，我们可以创建出很多个对象实例，就像是这个特殊的人类可以有很多个具体的人。

• 除了封装实例的属性和方法外，类对象还可以拥有自己的属性和方法，就像是这个特殊的人类可以有自己的特点和技能。

  • 类属性：就像是这个特殊的人类共有的特点，可以通过类名访问。

  • 类方法：就像是这个特殊的人类共有的技能，可以通过类名调用。

• 通过 类名. 的方式，我们可以访问类的属性或者调用类的方法，就像是我们可以通过特殊的人类的名字找到他们的特点和技能。

2. 类属性和实例属性

2.1 概念和使用

• 类属性 是指在 类对象 中定义的属性，用于记录与这个类相关的特征。

• 类属性通常用来记录与类本身相关的信息，而不是具体对象的特征。

示例需求

• 我们要定义一个工具类，每个工具都有自己的名称。

• 现在的需求是，我们想知道使用这个类创建了多少个工具对象。

class Tool(object):

    # 使用赋值语句，定义类属性，记录创建工具对象的总数
    count = 0

    def __init__(self, name):
        self.name = name

        # 针对类属性做一个计数+1
        Tool.count += 1


# 创建工具对象
tool1 = Tool("斧头")
tool2 = Tool("榔头")
tool3 = Tool("铁锹")

# 知道使用 Tool 类到底创建了多少个对象?
print("现在创建了 %d 个工具" % Tool.count)

2.2属性的获取机制（科普）

在 Python 中，属性的获取存在一个有趣的向上查找机制。就像是在寻找宝藏一样，Python 会从下往上搜索属性的值。

因此，要访问类属性有两种方式：

• 使用 类名.类属性 这种方式，就像是直接从宝藏地图上找到宝藏的位置一样简单明了。

• 使用 对象.类属性 这种方式，虽然也能找到宝藏，但是不推荐使用。就像是要找到宝藏，却要先找到藏宝图，再根据藏宝图找到宝藏一样麻烦。

需要注意的是，如果使用 对象.类属性 = 值 这样的赋值语句，只会给对象添加一个属性，而不会影响到类属性的值。就像是在宝藏中添加了一个额外的宝物，但并没有改变宝藏本身的价值。

所以，记住这个属性的获取机制，就像是记住了寻找宝藏的秘诀一样，让你在 Python 的世界中游刃有余！

3. 类方法和静态方法

3.1 类方法

• 类属性 就是针对 类对象 定义的属性。

  • 使用 赋值语句 在 class 关键字下方可以定义 类属性。

  • 类属性 用于记录 与这个类相关的特征。

• 类方法 就是针对 类对象 定义的方法。

  • 在 类方法 内部可以直接访问 类属性 或者调用其他的 类方法。

语法如下

@classmethod
def 类方法名(cls):
    pass

• 嘿，小伙伴们！今天我们要来聊一聊类方法的使用。你知道吗，类方法是一种特殊的方法，需要用修饰器@classmethod来标识，这样解释器才能知道它是一个类方法哦。

• 类方法的第一个参数通常是cls，这个cls其实就是调用这个方法的那个类的引用。就像实例方法的第一个参数是self一样，cls也是个约定俗成的名字，当然你也可以用其他的名字，但是习惯上我们都叫它cls。

• 调用类方法的时候，你只需要通过类名加一个点来调用就可以了，不需要传递cls参数。真是方便呢！

• 在类方法的内部，你可以通过cls.来访问类的属性，也可以通过cls.来调用其他的类方法。这样一来，我们就可以在类方法中做一些与类相关的操作了。

现在，让我们来看一个示例需求吧！

假设我们要定义一个工具类，每个工具都有自己的名字。我们还有一个需求，就是要在类中封装一个show_tool_count的类方法，用来输出使用当前这个类创建的对象个数。那么，我们该怎么做呢？

class Tool:
    count = 0  # 类属性，用来记录对象个数

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        Tool.count += 1  # 每次创建对象时，对象个数加1

    @classmethod
    def show_tool_count(cls):
        print(f"当前共有{cls.count}个工具对象")  # 通过cls访问类属性

# 创建工具对象
tool1 = Tool("锤子")
tool2 = Tool("扳手")
tool3 = Tool("螺丝刀")

# 调用类方法
Tool.show_tool_count()

运行上面的代码，你会发现输出了当前共有3个工具对象。是不是很简单呢？类方法真是太好用了！记得要多多尝试，掌握这个技巧，让你的代码更加优雅！加油！

@classmethod
def show_tool_count(cls):
    """显示工具对象的总数"""
    print("工具对象的总数 %d" % cls.count)

在类方法内部，可以直接使用 cls 访问 类属性 或者 调用类方法

3.2 静态方法

在开发时，有时候我们需要在类中封装一个方法，这个方法既不需要访问实例属性或调用实例方法，也不需要访问类属性或调用类方法。这种情况下，我们可以将这个方法封装成一个静态方法。

静态方法的语法如下：

@staticmethod
def 静态方法名():
    pass

静态方法需要使用修饰器@staticmethod来标识，告诉解释器这是一个静态方法。我们可以通过类名来调用静态方法。

举个例子，我们定义了一个Dog类，其中有一个静态方法run：

class Dog(object):
    
    # 狗对象计数
    dog_count = 0
    
    @staticmethod
    def run():
        
        # 不需要访问实例属性也不需要访问类属性的方法
        print("狗在跑...")

    def __init__(self, name):
        self.name = name

3.3 方法综合案例

现在我们来看一个方法综合案例的需求：

1. 设计一个Game类。

2. 属性：

   • 定义一个类属性top_score，用于记录游戏的历史最高分。

   • 定义一个实例属性player_name，用于记录当前游戏的玩家姓名。

3. 方法：

   • 静态方法show_help，用于显示游戏帮助信息。

   • 类方法show_top_score，用于显示历史最高分。

   • 实例方法start_game，用于开始当前玩家的游戏。

4. 主程序步骤：

   • 查看帮助信息。

   • 查看历史最高分。

   • 创建游戏对象，开始游戏。

案例小结：

1. 实例方法是需要访问实例属性的方法，实例方法内部可以使用类名.来访问类属性。

2. 类方法是只需要访问类属性的方法。

3. 静态方法是不需要访问实例属性和类属性的方法。

如果方法内部既需要访问实例属性，又需要访问类属性，那么应该定义成实例方法。因为类只有一个，实例方法内部可以使用类名.来访问类属性。

举个例子，我们定义了一个Game类，其中包含了静态方法、类方法和实例方法的使用：

class Game(object):

    # 游戏最高分，类属性
    top_score = 0

    @staticmethod
    def show_help():
        print("帮助信息：让僵尸走进房间")
        
    @classmethod
    def show_top_score(cls):
        print("游戏最高分是 %d" % cls.top_score)

    def __init__(self, player_name):
        self.player_name = player_name

    def start_game(self):
        print("[%s] 开始游戏..." % self.player_name)
        
        # 使用类名.修改历史最高分
        Game.top_score = 999

# 1. 查看游戏帮助
Game.show_help()

# 2. 查看游戏最高分
Game.show_top_score()

# 3. 创建游戏对象，开始游戏
game = Game("小明")

game.start_game()

# 4. 游戏结束，查看游戏最高分
Game.show_top_score()