Python趣味入门13:类中的各种变量，但是在不同的位置定义

Python趣味入门13:类中的各种变量，但是在不同的位置定义

小牛叔带你飞越类的门槛

其中我们已知道定义变量在类中就表示为属性。但是在不同的位置定义变量会有不同的作用，并且采用不同的命名方式，也会让变量具有不同的作用

本文假设有一个类指南针（compass），可想象成某个地图游戏中帮助主角寻找方向，也是本节主要的示例。

1. 类属性与实例属性

compass类的定义如下代码：

1 class Compass:
2     invitedBy = '中国'
3     usedFor ='导航'
4     #初始化方法
5     def __init__(self):
6         self.shape = 'round'

 

1.1 类属性

可以看到和Bread不同，Compass类定义了2个变量分别是invitedBy发明者，usedFor用处。都是类属性，这2个变量（即类属性）代表的意义，归所有“指南针”同时具有的，它们的值与“类”实例化出的“实例”无关。在面向对象中，把这样的变量叫做类属性（也可以叫类变量、静态变量）。

类属性定义完成后也通过“实例名.变量名”的形式进行读取数值，如下语句所示：

com1,com2 = Compass(),Compass()
print(com1.invitedBy,com2.invitedBy)

 

运行的结果是：

中国 中国

如类属性需要改变值，必须通过“类名.变量名”这样的形式进行赋值，请参看下面的代码把这两个属性值改成英文表达：

Compass.invitedBy = 'CN'
print(com1.invitedBy,com2.invitedBy)

 

上面代码改变了类变量的值，但从Compass类实例化出来的所有的实例的值都会改变，运行结果如下：

中国 中国
CN CN

需要说明的是，类属性无法通过“实例.变量名”这种形式赋值的，如果你这样做了，Python是会根据规则做出误判断，认为这种形式的赋值是给“实例属性”赋值，而不是“类属性”。系统并不会出错，只会产生一个与类属性相同名称的实例属性名，从而把同名的类属性给“覆盖”掉,继续在上面的语句后面添加如下的语句：

com1.invitedBy = 'Korean'
print(com1.invitedBy,com1.__class__.invitedBy,com2.invitedBy)

 

上面语句中，使用了“特殊变量”__class__，它指向该实例的类。通过如下对比一下第2句显示的2个值有什么不同。

com1.invitedBy：指的是com1实例的invitedBy属性，可以是“实例属性”也可以是“类属性”，但“实例属性”优先。

com1.__class__.invitedBy：__class__变量会返回实例的类，因此invitedBy一定表示“类变量”。把com1实例的“类变量”invitedBy“错误”赋值后，再看看会不会产生“覆盖的效果”，整个程序的运行结果如下：

中国 中国
CN CN
Korean CN CN

看到如果企图通过实例来对“类属性”进行赋值Korean，只会新创建该实例属性并且赋于新值Korean，并且这个值只会覆盖企图通过“实例名.类变量名”方式来取得类属性的值。

对于“类属性”，我们一般把类的通用的属性、共同的数据或是需要集中的数据，通过类变量的方式存储，这样就可以操作实例共同的属性或是方便批量操作。

比如使用类Student来管理学生信息，一般会把学生的成绩数据库，存储在类变量（类属性）里，这样操作员只要访问类，就可以取得所有同学的成绩。

1.2 私有变量

在进行类定义时，可以定义某些变量只能在类的内部使用，外部无法使用的，称之为私有变量。要声明私有变量，使用2个下划线开头来进行命名，比如指南针实例有一个私有变量__magnetism记录了指针的磁性，这个数据一般不使用，但是可能在实现内部功能的时候会有用处。如下：

class Compass:
    invitedBy = '中国'
    usedFor ='导航'
    #初始化方法
    def __init__(self):
        self.shape = 'round'
        self.__ magnetism = 4

 

上面代码定义了实例属性shape形状，默认值是round（圆形），定义了“私有变量”__magnetism设置为4，用来表示指针的磁力。试试从“外部”来访问这个私有变量能不能访问成功：

com1,com2 = Compass(),Compass()
print(com1.__ magnetism)

 

这时系统运行的结果出错，出错信息如下：

AttributeError: 'Compass' object has no attribute '__magnetism’

中文意思为：属性错误“Compass”对象没有__magnetism的属性。

由于私有变量不能被外部访问，这种机制起到了保护变量的作用，但它的值并不是不能改变的，可以把设置私有变量的活交给普通的类内部的方法。如下：

def setMag(self,mag_level=4):
    self.__magnetism = mag_level

 

上面setMag的方法就完成了设置私有变量的值的任务，上例当中私有变量__magnetism用来反馈指针的磁性，只要指针可以正常工作一般不太关心它的值，但如果这个值太小，就会造成指南针根本无法工作，人们更加关心的是指南针能否正常工作。所以有一个返回工作状态的方法，写法如下：

 def getStatus(self):
     return self.__magnetism>=1 if "正常" else "失效"

 

PS: 代码结尾返回“三元运算”表达式，当磁性大于等于1时，返回工作状态为“正常”，否则就返回“失效”。

看看这个私有变量能否正常的工作，所有的程序如下：

class Compass:
    invitedBy = '中国'
    usedFor ='导航'
    #初始化方法
    def __init__(self):
        self.shape = 'round'
        self.__magnetism = 4
    def setMag(self,mag_level=4):
        self.__magnetism = mag_level
    def getStatus(self):
        return "正常" if self.__magnetism>=1 else "失效"
 
com1,com2 = Compass(),Compass()
com1.setMag(1)
com2.setMag(0.5)
print(com1.getStatus(),com2.getStatus())
#下面的语名会出错
print(com1.__magnetism)

 

在上面的程序里，最后1行我们试图访问类的私有变量，因此会出错。如下：

正常 失效
Traceback (most recent call last):
 File "/Users/…/books/第7章 类和对象/7.4.2 类内部变量.py", line 18, in <module>
 print(com1.__magnetism)
AttributeError: 'Compass' object has no attribute '__magnetism'

 

从运行结果的第1行看，把2个指南针的磁性分别设置成1和0.5，就会分别得出正常和失效的状态，程序的前半部分运行成功。

此处稍作延伸，编写类的“方法”时，即类中定义的函数，也有一类叫私有函数，其命名的方式就是以两个下划线开头__MethodName()。这部分的内容同学们可以自行学习，因为后面不会用到。

最后，同学们应该了解一下私有变量的实现的原理。在Python当中，默认所有的变量与方法都是外部可访问的，在内部为了实现私有变量的功能，比如在类cls下定义了一个私有变量__a，系统在运行的时候会把这个变量改写成_cls__a，即单划线+“类名”+私有变量名。如果你知道了，试试看本例中你想从外部显示__ magnetism的值真正应该写什么样的语句？

类本身具有比较复杂的性质，收藏本文章，可以今后慢慢学习吧！小牛叔与你共同进步！