Python基础教程：3个方面理解Python的类方法与静态方法

2022-08-19 07:28:15

在Python语言中有如下3种方法：

成员方法
类方法（classmethod）
静态方法（staticmethod）

可能很多同学不清楚这3种方法，尤其是后两类方法到底有什么不同。为此，本文将对这3种方法做一次敲骨沥髓的深度剖析。

先说一下这3种方法的差异，了解差异后，就自然了解他们的区别了。

这3种方法有如下3点差异：

方法定义
调用方式
方法归属

1. 方法定义

这3种方法在定义上有如下2点不同。

（1）是否使用装饰器

成员方法不需要使用任何装饰器，直接使用def关键字定义方法即可，代码如下：

def method(self, a, b, c):
    pass

类方法必须使用@classmethod装饰器修饰，代码如下：

@classmethod
def method(cls, a, b, c):
    pass

静态方法必须使用@staticmethod装饰器修饰，代码如下：

@staticmethod
def method(a, b, c):
    pass

（2）参数不同

成员方法与类方法，除正常的方法参数外，都必须多加一个参数，这个参数必须是方法的第1个参数。参数可以是任意名，但通常成员方法的第1个参数名是self，类方法的第1个参数名是cls。而静态方法不需要加额外的参数。见前面代码中的method方法。

self和cls分别表示类实例和类本身，这一点在后面会详细介绍。

下面看一个完整定义这3种方法的代码：

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class MyClass(object):
    # 成员方法   
    def foo(self, x):
        print("executing foo(%s, %s)" % (self, x))
    # 类方法
    @classmethod
    def class_foo(cls, x):
        print("executing class_foo(%s, %s)" % (cls, x))
    # 静态方法 
    @staticmethod
    def static_foo(x):
        print("executing static_foo(%s)" % x)

2. 调用方式

（1）调用成员方法

成员方法只能通过类实例调用，代码如下：

my = MyClass()
my.foo(20)

在定义成员方法时，第一个参数是表示类实例的self，这个参数并不需要在调用时显式指定，而是由Python运行时自动处理。对于上面的调用代码，Python运行时会自动将表示MyClass实例的my传入foo方法。所以my就是foo方法中第一个参数self的值。通过self，在方法内部可以引用MyClass实例的其他成员。
执行这段代码，会输出如下内容。很明显，self是一个对象，首地址是0x7f7f1003df70

executing foo(<__main__.MyClass object at 0x7f7f1003df70>, 20)

（2）调用类方法
类方法可以通过类实例调用，也可以直接通过类本身调用，代码如下：

my = MyClass()
# 通过类实例调用
my.class_foo(20)
# 通过类本身调用
MyClass.class_foo(20)

执行这段代码，会输出如下内容：

executing class_foo(<class '__main__.MyClass'>, 20)
executing class_foo(<class '__main__.MyClass'>, 20)

很明显，class_foo方法的cls参数不再是类的实例（因为没有对象地址），而是MyClass类本身。所以不管使用哪一种方式调用类方法，传入class_foo方法第1个参数的值都是类本身。所以通过类方法，可以获取类的静态资源，与直接引用MyClass是一样的。

（3）调用静态方法

调用静态方法与调用类方法一样，都可以通过类实例或类本身调用，从这一点看不出来哪一个是类方法，哪一个是静态方法，代码如下：

my = MyClass()
MyClass.static_foo(20)
my.static_foo('hello')

执行这段代码，会输出如下内容：

executing static_foo(20)
executing static_foo(hello)

由于在定义静态方法时并没有指定任何额外的参数，所以静态方法并没有与类或类实例绑定，当然，在静态方法中，仍然可以通过MyClass引用类中的静态成员。

3. 方法归属

方法归属是这3种方法的重要区别，可以分别将这3种方法作为属性输出，看看是什么结果。

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my = MyClass())
# 输出成员方法
print(my.foo)
# 输出类方法
print(my.class_foo)
# 输出静态方法
print(my.static_foo)

执行这段代码，会输出如下内容：

<bound method MyClass.foo of <__main__.MyClass object at 0x7f7f1003df70>>
<bound method MyClass.class_foo of <class '__main__.MyClass'>>
<function MyClass.static_foo at 0x7f7f1003ad30>

从输出结果可以看到，成员方法绑定到了类实例中（该方法属于类实例），类方法与类本身绑定，而静态方法就是一个独立的对象（因为有对象首地址），不属于任何类或实例。
从以上3个方法我们已经可以得出classmethod方法与staticmethod的区别，下面总结一下：

4. 总结

（1）共同点
classmethod方法与staticmethod方法的共同点只有一个，就是调用时，既可以使用类实例，也可以直接用类本身调用。所以从调用上，根本分不出是类方法，还是静态方法。
（2）差异
类方法顾名思义，是与类绑定的，相当于下面的调用方式：

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def process(cls, x):
    print(cls,x)
MyClass.process = process
# 调用process方法时直接传入了MyClass
MyClass.process(MyClass, 20)

只是类方法在调用时自动传入了MyClass，而上面的代码是显式传入MyClass的，但最终效果是完全一样的。

而静态方法其实就是一个寄居蟹，完全不属于它的宿主。只是寄居在类中。换句话说，直接将静态方法从类中移出来作为独立的函数，完全不需要修改一行代码就可以直接运行。因为静态方法不会访问类中的任何成员，当然，可能访问类的静态成员，但也是使用类本身（如MyClass），这种访问方式，独立的函数同样可以。

其实Python提供静态方法倒不是非常必要，不过Java就很有必要了。由于Python支持独立的函数形式，所以不使用静态方法，也可以使用独立的函数。通常独立的函数可以全局访问（在一个模块访问另外一个模块中的函数）。而Java是纯面向对象语言，并不支持独立函数。所以为了实现这种全局调用的效果，Java类提供了静态方法，可以通过MyClass.process(…)的形式在其他类访问MyClass中的process方法。

不过Python中的静态方法到是有一个作用，就是分组。如果模块中有大量的独立函数，而且这些独立函数的功能可能完全不同，就显得比较乱，所以通常的做法是将这些独立函数作为Python类的静态方法，将同一类型的独立函数放到一个类中，这样就会让整个代码结构显得更有调理。就像将文件存放在硬盘上一样，如果将所有的文件都放在一个目录中，找文件会很费劲。所以需要将同一类文件放到特定的目录中，这样看起来目录结构更清晰。所以静态方法与Python类，就相当于文件与目录的关系，主要就是起到分类的作用。

（3）使用场景

如果只是描述类的一般的动作，而且类的不同实例，动作的表现可能还不同，那么就用成员方法，例如，move（移动）、fly（飞）、getAge（如不同Person类的实例，可能年龄是不同的）等。
类方法与静态方法大多数时候可以互换，但如果想让方法保持独立，应该使用静态方法，因为静态方法不需要多余的参数接收类或类实例。

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