解开Python中self的四个秘密

毫无疑问，几乎每一门Python课程都有一个关于（class）类的讲座——面向对象编程语言的基本构建模块之一。

当您通过一些示例学习它时，您将注意到在Python类中定义的许多函数都将self作为它们的第一个参数。例如，在下面的代码片段中，我们声明了一个名为Student的类，它的greet()方法的第一个参数是self。但是，函数根本没有使用self，所以这里的self到底是从哪里来的呢？这对许多初学者来说是第一个谜。

>>> class Student:
...     def greet(self, name):
...         print('Good Morning, ' + name)
... 
>>> student = Student()
>>> student.greet('John')
Good Morning, John

同样奇怪的是，当我们使用这个函数时，我们并没有给self参数设置任何东西，这是困扰我们的另一个谜题。在这篇文章中，我们将与学习者分享一些Python中self的奥秘。

1. 它代表什么?

在开始处理这个谜题之前，我们需要理解两个基本的相关概念:类和实例。当然，解决所有这些谜题需要额外的知识，而不仅仅是类和实例，我将在接下来的讨论中澄清这一点。如果你对这两个概念都很了解，你可以跳过下一段，这段只是对这两个概念的简要概述。

创建Python类就是声明一种新的对象类型，它提供了一种将数据和功能捆绑在一起的机制。在上面的示例中，我们创建了一个名为Student的类，并使用它创建了一个名为Student的学生类型的对象。这个对象被称为student类的实例。此外，类还可以提供通常称为属性的特定功能，例如示例中的greet()函数。我们使用三个内省(introspection)函数(type()、isinstance()和hasattr())来检查相关信息。

>>> type(Student)
<class 'type'>
>>> type(student)
<class '__main__.Student'>
>>> isinstance(student, Student)
True
>>> hasattr(Student, 'greet')
True

我可以简单地告诉您，greet()函数中的self参数是上面示例中的student实例。更一般地说，是实例调用这个函数。以下是支持证据:

>>> class Student:
...     def greet(self, name):
...         print(id(self))
...         print('Good Morning, ' + name)
... 
>>> student = Student()
>>> student.greet('John')
4546580944
Good Morning, John
>>> id(student)
4546580944

在上面的代码中，我们修改了greet()函数，要求它使用内省id()函数向我们显示self参数的内存地址。如您所见，self参数和实例student是同一个对象，因为它们具有相同的内存地址。

2. 为什么不需要在函数调用中设置它呢?

继续上一节中展示的示例，当我们使用实例student调用greet()函数时，这个函数通常被称为实例方法——一个对某个类的实例可用的函数。但是，如果我们检查这个属性的类型，就会显示一些不同的东西。

>>> student = Student()
>>> student.greet
<bound method Student.greet of <__main__.Student object at 0x10eff5750>>

如上所述，实例student的greet属性称为绑定方法。具体来说，它被绑定到Student类的greet属性。

为了准确理解这意味着什么，让我们看看下面的代码:

>>> Student.greet(student, 'John')
Good Morning, John

结合开头的示例，您可能会注意到这段代码中的三件事:

1. 这个函数的调用者是类Student,而不是实例student。
2. 在这个调用中设置了self和name参数，这与student调用初始函数时忽略self参数不同。
3. 两个函数调用都产生了相同的输出。它们本质上用的是同一个函数。

通过实现这些信息，您可能已经猜到在使用实例student调用greet()函数时，幕后发生了什么。

如上图所示，当实例student调用greet(' John ')方法时，解释器将处理此函数调用，作为类Student将调用者(即实例student)和name参数(即' John ')发送给greet(self, name)函数，该函数打印“Good Morning, John”。

对于感兴趣的读者，这里有几件事要知道，可以帮助你更深入地了解这个谜。当创建一个Python类时，它声明的函数就是这个类的属性(称为函数对象)。换句话说，类“拥有”这些函数。类的实例不会直接实现这些函数。相反，它们将具有与类中实现的相应函数绑定的相同属性(即实例方法)。

3.self是一个关键词吗?

似乎在所有这些已定义的函数中，我们都使用self作为它们的第一个参数。有些人可能错误地认为self是Python为这些用例保留的关键字。然而，事实并非如此。请看下面一个简单的例子:

>>> def=5
  File "<stdin>", line 1
    def=5
       ^
SyntaxError: invalid syntax
>>> class=4
  File "<stdin>", line 1
    class=4
        ^
SyntaxError: invalid syntax
>>> self=3

你可能知道，def和class是Python中的关键字，我们不能用它们作为变量名。然而，我们可以在定义函数的上下文之外使用self作为变量名，这表明它在Python中不是保留关键字。

4. 我们必须在这些函数声明中使用self吗?

在上面的例子中，我们重复引用了greet()函数。正如我们已经讨论过的，我们将这个函数实现为一个实例方法，这样它就可以被这个Student类的所有实例使用。在这种情况下，self是必需的。下面是一些证据:

>>> class Teacher:
...     def say_hello(name):
...         print('Hello, ' + name)
...
>>> teacher = Teacher()
>>> teacher.say_hello('John')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: say_hello() takes 1 positional argument but 2 were given

这里有一些分析。如前所述，当实例teacher调用say_hello()方法时，发生的事情是执行teacher .say_hello()函数，并将实例对象teacher和' John '设置为函数调用。这就是为什么错误说“2是给定的。这与函数的定义相反，函数的定义只有一个参数(name)。

然而，还有两件事与这个谜有关，你可能想知道:

• 虽然声明实例方法需要包含self参数，但它不必命名为self。在这个场景中使用这个名称只是每个Python程序员都能欣赏的一种约定。下面是一个例子，它可以被命名为其他东西而不会引起任何问题。尽管它在语法上是正确的，但不推荐使用，因为它只会让其他Python程序员感到困惑:

>>> class Teacher:
...     def say_hello(professor, name):
...         print('Hello, ' + name)
...
>>> teacher = Teacher()
>>> teacher.say_hello('John')
Hello, John

• 在声明其他函数(如类和静态方法)时，不需要使用self参数。对类和静态方法的清晰解释将是以后文章的主题。但我在这里可以展示的是，当我们声明一个类方法时，函数确实有一些类似于在实例方法中使用self的东西，它通常被称为cls，引用类对象本身。它与具体实例无关。下面是一个例子: