深入理解 Java 與 Python 的類變量與實例變量差異

在物件導向程式設計中，類變量與實例變量的區別是基礎卻又容易被忽視的核心概念。許多開發者長期以為類變量只是「能透過類名直接訪問的靜態變量」，而實例變量則需「實例化後透過對象訪問」，卻忽略了最關鍵的區別：類變量在所有實例間共享同一份內存空間。

核心差異：共享 vs 獨立

類變量（靜態變量）屬於類本身，在類加載時僅初始化一次。無論創建多少個實例，它們訪問的都是同一個記憶體地址。一個實例修改類變量，會立即影響所有其他實例。相反，實例變量屬於具體對象，每個實例擁有獨立的副本，互不干擾。

Java 代碼驗證

public class OO {
    public static String classVar; // 類變量
    public String instanceVar;     // 實例變量

    static { classVar = "Ever"; }

    public static void main(String[] args) {
        OO o1 = new OO();
        OO o2 = new OO();

        o1.instanceVar = "Once";
        // 類變量地址相同
        System.out.println(o1.classVar);       // Ever
        System.out.println(o2.classVar);       // Ever
        System.out.println(o1.classVar.hashCode() == o2.classVar.hashCode()); // true

        o1.classVar = "123"; // 修改類變量
        System.out.println(o2.classVar);       // 123 (o2 受影響)

        // 實例變量地址不同
        System.out.println(o1.instanceVar.hashCode() == o2.instanceVar.hashCode()); // false (o2 為 null)
    }
}

Python 代碼驗證

class C:
    count = 0  # 類變量

    def __init__(self):
        self.num = 0  # 實例變量

    def add(self):
        C.count += 1  # 修改類變量
        self.num += 1 # 修改實例變量

i1 = C()
i2 = C()
i1.add()
i2.add()
i2.add()

# 輸出結果：
# i1: count=3, num=1
# i2: count=3, num=2
# 類變量 count 為共享狀態，實例變量 num 獨立計數

避坑指南

• 可變對象陷阱：若類變量是列表、字典等可變對象，`append` 操作會影響所有實例。建議在 `__init__` 中初始化實例屬性。
• 讀取 vs 寫入：讀取類變量無礙，但賦值操作（`obj.attr = val`）會在實例上創建同名屬性遮蔽類變量，而非修改原類變量（Python 特有行為）。
• 線程安全：多線程環境下修改類變量需加鎖或使用 `Atomic` 類別。

理解這一機制，能有效避免「明明沒動這個對象，數據卻變了」的詭異 Bug，是進階開發者的必修課。