在 Python 中，類方法 (@classmethod) 和靜態方法 (@staticmethod) 是類作用域下的兩種特殊方法。它們使用裝飾器定義，并且與實例方法 (def func(self)) 的行為有所不同。

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1. 三種方法的對比概覽

方法類型	是否訪問實例 (self)	是否訪問類 (cls)	典型用途
實例方法	? 是	? 否	訪問對象屬性
類方法 @classmethod	? 否	? 是	創建類的替代構造器，訪問類變量等
靜態方法 @staticmethod	? 否	? 否	工具函數，與類邏輯相關但不依賴類或實例

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2. 實例方法（默認方法）

class MyClass:def instance_method(self):print(f"This is an instance method. self = {self}")obj = MyClass()
obj.instance_method()  #  輸出 self 為該實例

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3. 類方法 @classmethod

class MyClass:class_var = "Hello, Class!"@classmethoddef class_method(cls):print(f"This is a class method. cls = {cls}")print(f"Access class_var = {cls.class_var}")MyClass.class_method()  #  通過類調用
obj = MyClass()
obj.class_method()      #  通過實例也可以調用

🔹 特點：

• 第一個參數是 cls，代表類本身

• 常用于：

  • 構造不同初始化方式
  • 修改/訪問類變量
  • 工廠模式 (from_* 等)

示例：類方法作為工廠方法

class Book:def __init__(self, title, author):self.title = titleself.author = author@classmethoddef from_string(cls, book_str):title, author = book_str.split(",")return cls(title.strip(), author.strip())book = Book.from_string("1984, George Orwell")
print(book.title)  # ? 1984

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4. 靜態方法 @staticmethod

class MyMath:@staticmethoddef add(x, y):return x + yprint(MyMath.add(3, 5))  # ? 8

特點：

• 不接收 self 或 cls 參數

• 和普通函數類似，但歸屬在類中，邏輯上與類相關

• 常用于：

  • 與類操作相關的工具方法
  • 不需要訪問類或實例內部狀態

示例：靜態方法作為工具函數

class Temperature:def __init__(self, celsius):self.celsius = celsius@staticmethoddef to_fahrenheit(c):return c * 9 / 5 + 32def show(self):print(f"{self.celsius}°C = {self.to_fahrenheit(self.celsius)}°F")temp = Temperature(25)
temp.show()  # ? 25°C = 77.0°F

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總結：何時用哪種方法？

場景	推薦方法
需要訪問或修改實例屬性	實例方法
需要訪問或修改類變量、類構造	類方法 @classmethod
工具函數：與類相關但不訪問類或實例成員	靜態方法 @staticmethod

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@classmethod 和 @staticmethod 應用場景實戰

利用 Python 中的 @classmethod 和 @staticmethod 可以優雅地實現設計模式，如單例模式和工廠模式。下面我將分別講解這兩種模式的原理、適用場景，并結合代碼示例說明如何使用類方法或靜態方法實現。

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1、工廠模式（Factory Pattern）

定義：工廠模式是一種創建對象的設計模式，它允許類在創建對象時不暴露實例化邏輯，而是通過類方法返回不同的類實例。

使用類方法實現工廠模式

class Animal:def __init__(self, name):self.name = name@classmethoddef create_dog(cls):return cls("Dog")@classmethoddef create_cat(cls):return cls("Cat")# 使用工廠方法創建對象
dog = Animal.create_dog()
cat = Animal.create_cat()print(dog.name)  # ? Dog
print(cat.name)  # ? Cat

應用場景

• 多種初始化方式（如從字符串、文件、數據庫等）
• 根據條件返回不同子類對象

更復雜示例：帶注冊機制的工廠

class ShapeFactory:_creators = {}@classmethoddef register(cls, name, creator):cls._creators[name] = creator@classmethoddef create(cls, name, *args, **kwargs):if name not in cls._creators:raise ValueError(f"Unknown shape: {name}")return cls._creators[name](*args, **kwargs)# 各種 Shape 類
class Circle:def __init__(self, radius):self.radius = radiusclass Square:def __init__(self, length):self.length = length# 注冊
ShapeFactory.register("circle", Circle)
ShapeFactory.register("square", Square)# 創建對象
c = ShapeFactory.create("circle", 5)
s = ShapeFactory.create("square", 3)
print(c.radius)  # ? 5
print(s.length)  # ? 3

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2、單例模式（Singleton Pattern）

定義：單例模式保證類在程序中只有一個實例。

使用類方法實現單例

class Singleton:_instance = None@classmethoddef get_instance(cls):if cls._instance is None:cls._instance = cls()return cls._instance# 測試
a = Singleton.get_instance()
b = Singleton.get_instance()
print(a is b)  # ? True

也可以結合 __new__ 實現單例

class Singleton:_instance = Nonedef __new__(cls, *args, **kwargs):if not cls._instance:cls._instance = super().__new__(cls)return cls._instance# 所有實例是同一個
a = Singleton()
b = Singleton()
print(a is b)  # ? True

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3、靜態方法在設計模式中的作用

工具類模式（Utility Pattern）

靜態方法常用于實現工具類（即所有方法都與對象狀態無關，僅執行邏輯計算）。

class MathUtils:@staticmethoddef add(x, y):return x + y@staticmethoddef multiply(x, y):return x * yprint(MathUtils.add(3, 4))       # ? 7
print(MathUtils.multiply(3, 4))  # ? 12

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4、小結

設計模式	推薦使用	原因
工廠模式	@classmethod	需要訪問類構造器、支持多種創建方式
單例模式	@classmethod / __new__	控制實例生成的唯一性
工具類	@staticmethod	無需訪問類/實例，僅提供輔助功能

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