Pythonのクラス変数とインスタンス変数の違いを徹底解説

# クラス変数の定義とアクセス例
class AppConfig:
    # クラス定義直下に置いた属性はクラス変数
    APP_NAME = "SampleApp"          # 定数的な使い方
    DEFAULT_TIMEOUT = 5             # 共有設定

# クラス名から参照
print(AppConfig.APP_NAME)
print(AppConfig.DEFAULT_TIMEOUT)

# インスタンスからも参照は可能(後述の通り代入は注意)
cfg1 = AppConfig()
cfg2 = AppConfig()
print(cfg1.APP_NAME, cfg2.APP_NAME)

# インスタンス変数の定義と基本アクセス
class User:
    def __init__(self, name, point=0):
        self.name = name            # インスタンス変数
        self.point = point          # インスタンス変数

u1 = User("Alice", 10)
u2 = User("Bob", 20)

print(u1.name, u1.point)
print(u2.name, u2.point)

# シャドーイング(影)と上書きの違い
class Item:
    tax_rate = 0.1  # クラス変数(共有)

    def __init__(self, price):
        self.price = price  # インスタンス変数(個別)

i1 = Item(100)
i2 = Item(200)

# クラス変数の参照は両者とも0.1
print(i1.tax_rate, i2.tax_rate)

# i1から同名に代入 → i1にだけインスタンス属性tax_rateが新規作成される(シャドーイング)
i1.tax_rate = 0.2
print(i1.tax_rate, i2.tax_rate)  # i1だけ0.2、i2は依然としてクラス変数0.1

# クラス名経由で上書き → 全インスタンスに影響
Item.tax_rate = 0.08
print(i1.tax_rate, i2.tax_rate)  # i1はインスタンス属性0.2が優先、i2は0.08を参照

# シャドーイングを解除したい場合はインスタンス属性を削除
del i1.tax_rate
print(i1.tax_rate, i2.tax_rate)  # どちらもクラス変数0.08を参照

class FeatureFlag:
    enabled = False  # 全体で共有するフラグ

a = FeatureFlag()
b = FeatureFlag()
print(a.enabled, b.enabled)

FeatureFlag.enabled = True
print(a.enabled, b.enabled)

class Account:
    def __init__(self, balance=0):
        self.balance = balance

x = Account(100)
y = Account(100)
x.balance += 50
print(x.balance, y.balance)  # xだけ増える

# 悪い例: クラス変数にミュータブル(list)を置くと全インスタンスで共有される
class BasketBad:
    items = []  # 全インスタンスで共有されるリスト

    def add(self, item):
        self.items.append(item)

b1 = BasketBad()
b2 = BasketBad()
b1.add("apple")
b2.add("banana")
print("b1:", b1.items)
print("b2:", b2.items)

# 良い例: インスタンス変数として初期化する
class BasketGood:
    def __init__(self):
        self.items = []  # インスタンスごとに別のリスト

    def add(self, item):
        self.items.append(item)

g1 = BasketGood()
g2 = BasketGood()
g1.add("apple")
g2.add("banana")
print("g1:", g1.items)
print("g2:", g2.items)

class Base:
    x = "class Base"  # クラス変数

class Sub(Base):
    pass

s = Sub()
print("1) 最初はクラス変数:", s.x)

# 同名のインスタンス属性を作ると優先される(シャドーイング)
s.x = "instance Sub"
print("2) インスタンス属性が優先:", s.x)

# インスタンス属性を消すと、再びクラス変数が見える
del s.x
print("3) クラス変数にフォールバック:", s.x)

# 実際の探索の様子を確認
print("instance __dict__:", s.__dict__)
print("class __dict__ has x:", "x" in Sub.__dict__)
print("base __dict__ has x:", "x" in Base.__dict__)

class Product:
    tax_rate = 0.10  # 親の既定税率

    def price_with_tax(self, price):
        return int(price * (1 + self.tax_rate))

class Food(Product):
    tax_rate = 0.08  # 食品は軽減税率

class Luxury(Product):
    tax_rate = 0.15  # 贅沢品は高税率

print(Food().price_with_tax(1000))    # 1080
print(Luxury().price_with_tax(1000))  # 1150
print(Product().price_with_tax(1000)) # 1100

class UserBase:
    def __init__(self, name):
        self.name = name  # 基本情報

class PremiumUser(UserBase):
    def __init__(self, name, level):
        super().__init__(name)  # 親の初期化を忘れない
        self.level = level      # サブクラス固有の状態

u = PremiumUser("Alice", level=2)
print(u.name, u.level)

class Session:
    # クラス変数: 生成数のカウンタと設定定数
    counter = 0
    TIMEOUT_SECONDS = 15  # 設定定数(原則として変更しない想定)

    def __init__(self, user):
        # 新しいセッションが作られるたびにカウンタを増やす
        Session.counter += 1
        self.id = Session.counter  # インスタンス変数: 個別ID
        self.user = user           # インスタンス変数: 所有者

    def __str__(self):
        return f"Session(id={self.id}, user={self.user}, timeout={Session.TIMEOUT_SECONDS})"

s1 = Session("alice")
s2 = Session("bob")
print(s1)
print(s2)
print("total:", Session.counter)

from typing import ClassVar

class Config:
    # ClassVarでクラス変数を明示(型チェッカーに「インスタンス変数にしない」意図を伝える)
    VERSION: ClassVar[str] = "1.0.0"
    DEFAULT_RETRY: ClassVar[int] = 3

    def __init__(self, name: str):
        self.name = name  # インスタンス変数(状態)