Python的封裝介紹差不多「開到荼靡」了。今天起分享的也許是最後一個大主題(註1)。

• 在正式介紹前，各位請沿用以上Tree類別，設想一下這個需求：

  • 使用者已利用Tree類別建立了一些樹的實例(instances)。如果資料不存入任何外部檔案或資料庫，如何得知在程式某一階段已經建立了「多少棵樹」？
  • 如何求取所有已建立的樹的平均樹齡？

• 利用之前講過的知識和技術，上述兩個「簡單」問題，處理起來還真有點不簡單。問題在於：每棵樹都是獨立個體，樹與樹之間好像並無甚麼關連可供計算。

• 難道要像以下的code，竟然出動到一些外部變數去記錄和計算樹的數目和平均樹齡？唔，這顯然不是個好辦法(註2)。

  class Tree():
      def __init__(self, breed: str, age: int):   
          self.__breed = breed
          self.__age = age
  
      @property
      def breed(self) -> str:
          '''The breed property(getter).'''
          return self.__breed
  
      @property
      def age(self) -> int:   
          '''The age property(getter).'''
          return self.__age
  
  
  def show_count_and_average(count: int, total_age: int):
      print(f'{count=:<10,}{total_age=:<10,}average={total_age / count:,.2f}')
  
  tree_count = 0         # 利用類別外部的變數記錄樹的數目。
  total_tree_age = 0     # 記錄總樹齡。
  
  tree1 = Tree('Cedar', 1_520)
  tree_count += 1
  total_tree_age += tree1.age
  show_count_and_average(tree_count, total_tree_age)
  
  tree2 = Tree('oak', 357)
  tree_count += 1
  total_tree_age += tree2.age
  show_count_and_average(tree_count, total_tree_age)
  
  tree3 = Tree('phoebe', 1806)
  tree_count += 1
  total_tree_age += tree3.age
  show_count_and_average(tree_count, total_tree_age)
  

  輸出：
  

• 也許您會說：不是有人說過一句名言「不管黑貓白貓，捉到老鼠就是好貓」嗎？需求能夠達成就好。

好貓不是每次都捉到老鼠

• 我不知道以上這隻貓是黑是白，但我敢說它不小心讓老鼠跑掉的機會不小。因為寫程式的貓，不，是寫程式的人只要一個不留神，少算一次，答案就不正確。這是非常「不靠譜」的做法。
• 鑼鼓聲中，今天的正印花旦「類別屬性」踩著蹺，以優美身段踏出虎度門：

  class Tree():
      count = 0         # 放在constructor外面的是class attributes。
      total_age = 0 
      average_age = 0    
      def __init__(self, breed: str, age: int):   
          self.__breed = breed
          self.__age = age
  
          Tree.count += 1          # class attributes是用Tree.xxx而非self.xxx
          Tree.total_age += self.age
          Tree.average_age = round(Tree.total_age / Tree.count, 2)
  
      @property
      def breed(self) -> str:
          '''The breed property(getter).'''
          return self.__breed
  
      @property
      def age(self) -> int:   
          '''The age property(getter).'''
          return self.__age
  
  
  def show_count_and_average(count: int, total_age: int):
      print(f'{count=:<10,}{total_age=:<10,}average={total_age / count:,.2f}')
  
  tree1 = Tree('Cedar', 1_520)
  # Tree.count和tree1.count指向的是同一塊memory。這裡筆者故意寫作Tree.count / tree1.total_age，其實Tree.count / Tree.total_age，tree1.count / Tree.total_age，或者tree1.count / tree1.total_age都可以。當然最理想的表示式應該是Tree.count / Tree.total_age，明確指出count和total_age這兩個是class level的attributes。
  show_count_and_average(Tree.count, tree1.total_age)  
  
  tree2 = Tree('oak', 357)
  show_count_and_average(tree2.count, Tree.total_age)
  
  tree3 = Tree('phoebe', 1806)
  show_count_and_average(tree1.count, tree1.total_age)
  

  以上這個「類別屬性」版，輸出和「外部變數版」完全相同：
  

屬性其實有兩種

• 「斯斯」有兩種，「屬性」也有兩種：
  • 實例屬性(instance attributes, 就是本篇之前講的那些屬性)，每一個實例(物件)都有一份，是實例自己的「私房錢」，別的實例休想分它一杯羹。
  • 類別屬性(class attributes, class level attributes, 或稱static attributes)。這些屬性只有一份，是屬於整個類別，而不屬於類別內的任何一個物件(實例)。
• 所有透過該類別建立的物件(註3)可共享類別屬性。
• 所謂「共享」就是透過「物件.屬性」的表示式存取。
• 也可以透過類別本身，即「類別.屬性」表示式直接存取。
• 不管是經由物件或類別本身，都得遵從以上說過的封裝保護層級的原則。

Class Attributes的位置

• 以前我們寫實例屬性時，都將屬性的初值設定放在建構子constructor之內。但是類別屬性卻不一樣，它們必須放在建構子的「外面」，前置後置都行，就是不能位於constructor裡面：

  class Tree():
      count = 0      # 放在constructor外面(前置)的是class attributes。
      total_age = 0 
      average_age = 0    
      def __init__(self, breed: str, age: int):   # constructor
          ...
  

  或：

  class Tree():
      def __init__(self, breed: str, age: int):   # constructor
          ...
      count = 0      # 放在constructor外面(後置)的是class attributes。
      total_age = 0 
      average_age = 0    
  

• 不過，類別屬性一般都寫在建構子的前面。
• 今天到此為止，有關類別屬性的其他細節，且聽下回分解。

註1: 「封裝」這個主題，真要慢慢磨還有些小題目可以講，不過太過支節的東西並不適合納入本系列。先預告：在封裝的最後一講筆者真的要講個很支節的小題目，輕鬆一下。

註2: 為了聚焦於今天的主題，前兩天介紹的dataclass decorator暫不使用，以傳統的方法來設計類別。

註3: 我發覺講「實例」有點不自然，還是回歸「物件」好了。