Python类变量与实例变量的差异及错误结果成因解析

当将vecDict声明为Vector类的类变量（在__init__方法外初始化）时，计算稀疏向量点积会得到错误结果；而将其声明为实例变量（在__init__方法内初始化）则结果正确，恳请解释原因。

相关代码 #

class Vector:
    # vecDict = {} ## 此处定义为类变量会得到错误结果，与__init__内定义不同
    def __init__(self, nums):
        """
        :type nums: List[int]
        """
        self.vecDict = {}
        for i in range(len(nums)):
            self.vecDict[i]=nums[i]
 
    def getDict(self):
        return self.vecDict

    # 返回两个稀疏向量的点积
    def dotProduct(self, vec):
        print(vec.getDict())
        print(vec.vecDict)
        """
        :type vec: 'SparseVector'
        :rtype: int
        """
        dotProd = 0
        secDict = vec.getDict()
        for k in secDict:
            if k in self.vecDict:
                dotProd += (self.vecDict[k] * secDict[k])
        return dotProd 

实例化与调用方式 #

v1 = Vector(numsA)
v2 = Vector(numsB)
ans = v1.dotProduct(v2) 

示例输入 #

numsA = [1,0,0,2,3]
numsB = [0,3,0,4,0]

预期结果：8

原因解释 #

• 类变量的共享特性：在类级别定义的vecDict = {}属于类变量，它是所有Vector实例共享的同一个字典对象，而非每个实例独有。
• 实例化时的覆盖问题：当创建v1 = Vector(numsA)时，会修改这个共享字典，将numsA的键值对存入其中；随后创建v2 = Vector(numsB)时，又会清空并覆盖这个共享字典，存入numsB的键值对。最终v1和v2的vecDict指向的是同一个字典，内容都是numsB的数据。
• 实例变量的独立性：在__init__方法内定义self.vecDict = {}时，这是实例变量，每个Vector实例都会生成属于自己的独立字典，各自存储自身的向量数据，实例之间不会互相干扰。

结合示例来看：用类变量时，v1的vecDict最终会被v2的初始化操作覆盖为numsB的内容，此时计算v1.dotProduct(v2)实际是用numsB和numsB计算点积，结果为0*0 + 3*3 + 0*0 +4*4 +0*0 = 25，与预期的8不符，这就是错误的根源。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Hemanth Gowda