Class vs Instance Variables: The Mutation Trap That Catches Experienced Developers

Class vs Instance Variables: The Mutation Trap That Catches Experienced Developers

共享的可變類別屬性會產生不明顯的行為，這種情況經常出現在資深 Python 面試中

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class Student:
    grades = []

    def add_grade(self, grade):
        self.grades.append(grade)

alice = Student()
bob = Student()

alice.add_grade(90)
bob.add_grade(85)

print(alice.grades)
print(bob.grades)

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你認為這段程式碼會輸出什麼？

輸出結果：

[90, 85]
[90, 85]

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兩個學生共用同一個 grades 清單。這就是類別變數的變動陷阱。

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為什麼會發生這種情況

類別變數定義在類別物件本身，而非實例上。當你存取 self.grades 時，Python 會先檢查實例的 __dict__。找不到時，才會向上查找類別中的屬性。alice 和 bob 都會找到同一個位於 Student 類別上的清單物件。

.append() 會變動這個共享的清單物件。所有實例都能看到這個變動。

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解決方法

class Student:
    def __init__(self):
        self.grades = []  # instance variable, created fresh for each instance

    def add_grade(self, grade):
        self.grades.append(grade)

alice = Student()
bob = Student()

alice.add_grade(90)
bob.add_grade(85)

print(alice.grades)
print(bob.grades)

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輸出結果：

[90]
[85]

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將清單初始化移到 __init__ 中，可為每個實例建立新的清單。

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實例變數遮蔽

class Counter:
    count = 0

    def increment(self):
        self.count += 1

c1 = Counter()
c2 = Counter()

c1.increment()
c1.increment()
c2.increment()

print(Counter.count)
print(c1.count)
print(c2.count)

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輸出結果：

0
2
1

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self.count += 1 等同於 self.count = self.count + 1。讀取 self.count 會找到類別變數（0）。賦值則會在 self 上建立新的實例變數，遮蔽類別變數。類別變數維持為 0。

這與可變類別屬性的情況不同。整數是不可變的，因此 += 會建立新物件並綁定到實例，而不是變動類別層級的物件。

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何時適合使用類別變數

類別變數適用於：

• 所有實例共享的常數

• 適用於所有實例的配置值

• 真正追蹤類別範圍狀態的計數器（需小心管理）
  

class DatabaseConnection:
    MAX_CONNECTIONS = 10  # constant — appropriate as class variable
    active_connections = 0  # class-wide counter — appropriate if managed carefully

    def __init__(self):
        if DatabaseConnection.active_connections >= DatabaseConnection.MAX_CONNECTIONS:
            raise RuntimeError("Connection limit reached")
        DatabaseConnection.active_connections += 1

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請注意，修改類別變數時應透過類別名稱而非 self 來進行，以明確表達意圖並避免意外建立實例變數。

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