Python类成员初始化

Question

我最近在使用Python时遇到了一个小bug。这是一个很常见的新手错误，但让我对Python的机制产生了一些思考（我之前一直用C++，现在才开始接触Python）。我会把出问题的代码列出来，解释我怎么修复它，然后我还有几个问题想问……

场景是这样的：我有一个叫A的类，它里面有一个字典数据成员，下面是它的代码（当然这是简化版）：

class A:
    dict1={}

    def add_stuff_to_1(self, k, v):
        self.dict1[k]=v

    def print_stuff(self):
        print(self.dict1)

使用这段代码的类是B：

class B:

    def do_something_with_a1(self):
        a_instance = A()
        a_instance.print_stuff()        
        a_instance.add_stuff_to_1('a', 1)
        a_instance.add_stuff_to_1('b', 2)    
        a_instance.print_stuff()

    def do_something_with_a2(self):
        a_instance = A()    
        a_instance.print_stuff()            
        a_instance.add_stuff_to_1('c', 1)
        a_instance.add_stuff_to_1('d', 2)    
        a_instance.print_stuff()

    def do_something_with_a3(self):
        a_instance = A()    
        a_instance.print_stuff()            
        a_instance.add_stuff_to_1('e', 1)
        a_instance.add_stuff_to_1('f', 2)    
        a_instance.print_stuff()

    def __init__(self):
        self.do_something_with_a1()
        print("---")
        self.do_something_with_a2()
        print("---")
        self.do_something_with_a3()

注意，每次调用do_something_with_aX()时，都会初始化一个新的“干净”的A类实例，并在添加之前和之后打印字典。

这个bug（如果你还没发现的话）：

>>> b_instance = B()
{}
{'a': 1, 'b': 2}
---
{'a': 1, 'b': 2}
{'a': 1, 'c': 1, 'b': 2, 'd': 2}
---
{'a': 1, 'c': 1, 'b': 2, 'd': 2}
{'a': 1, 'c': 1, 'b': 2, 'e': 1, 'd': 2, 'f': 2}

在第二次初始化A类时，字典并不是空的，而是带着上一次初始化的内容，依此类推。我本以为它们应该是“全新”的。

解决这个“bug”的办法显而易见，就是在：

self.dict1 = {}

A类的__init__构造函数中添加这行代码。不过，这让我产生了一些疑问：

1. 在dict1声明的地方（A类的第一行）初始化“dict1 = {}”是什么意思？这没有意义吗？
2. 是什么机制导致实例化时从上一次初始化中复制了引用？
3. 如果我在构造函数中添加“self.dict1 = {}”（或者其他数据成员），那怎么不会影响之前初始化的实例中的字典成员呢？

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编辑：根据回答，我现在明白了，如果我声明一个数据成员但没有在__init__或其他地方用self.dict1来引用它，我实际上是在定义一个在C++/Java中称为静态数据成员的东西。通过调用self.dict1，我让它“与实例绑定”。

Answer 1

@Matthew：请看看面向对象编程中类成员和对象成员的区别。这个问题出现的原因是，原始字典的声明使它成为了类成员，而不是对象成员（这正是提问者的本意）。因此，它在类的所有实例中只存在一次（也就是说，类本身作为一个对象的成员共享这个字典），所以这种行为是完全正确的。

Answer 2

当你访问一个实例的属性，比如说自定义的属性self.foo，Python会先在这个实例的字典里找，也就是self.__dict__。如果找不到，Python就会去类的字典里找，也就是TheClass.__dict__。

在你的例子里，dict1是类A的定义，不是它的实例。

Answer 3

你一直说的这个问题，其实是Python类的正常行为，在文档中有说明。

你最开始在__init__外面声明一个字典，这样做是创建了一个类级别的变量。这个变量只会在最开始创建一次，以后每次你创建新对象时，都会使用同一个字典。如果你想要创建实例变量，就需要在__init__里用self来声明；就这么简单。