如何实现带层级属性的Python类以支持IDE代码补全？

期望创建的Python类结构如下：

ClassName
    UpperLevel
        Element_A:
           val_1 = 'example'
        Element_B: Tuple(str, str)
        Element_C: Tuple(str, str)
    LowerLevel
        Element_D: Tuple(str, str)
        Element_E: Tuple(str, str)

要求输入ClassName.UpperLevel.时，IDE能自动推荐Element_A、Element_B、Element_C。

用户编写的代码如下：

class Element:
    def __init__(self, val_1, val_2):
        self.val_1: str = val_1
        self.val_2: str = val_2


class Example:
    def __init__(self):
        self.upper_level.Element_A = Element(r'example1', r'example2')
        self.upper_level.Element_B = Element(r'example1', r'example2')
        self.upper_level.Element_C = Element(r'example1', r'example2')

        self.lower_level.Element_D = Element(r'example1', r'example2')
        self.lower_level.Element_F = Element(r'example1', r'example2')

注：整个层级结构已提前确定，无需动态创建。

疑问：这段代码为何无法实现需求？是否需要额外创建Level类？

你的代码无法实现需求的核心原因有两点：

1. 层级对象未初始化：self.upper_level和self.lower_level在__init__中直接使用时根本没有被创建，运行时会直接抛出AttributeError；同时IDE无法推断一个未定义的属性下包含哪些子元素，自然无法给出代码提示。
2. 缺少明确的类型定义：IDE的代码提示依赖清晰的类型信息，当前写法没有给层级属性指定明确类型，IDE无法识别它们的成员结构。

确实需要创建对应的Level类来明确层级结构，结合类型注解或类属性让IDE识别成员，以下是两种可行方案：

方案一：嵌套类+类属性实现静态层级 #

如果层级和元素固定不变（不需要实例化时动态修改），直接用嵌套类+类属性的方式，IDE能直接识别所有成员：

class Element:
    def __init__(self, val_1: str, val_2: str):
        self.val_1 = val_1
        self.val_2 = val_2

class UpperLevel:
    Element_A = Element('example1', 'example2')
    Element_B = Element('example1', 'example2')
    Element_C = Element('example1', 'example2')

class LowerLevel:
    Element_D = Element('example1', 'example2')
    Element_E = Element('example1', 'example2')

class Example:
    UpperLevel = UpperLevel
    LowerLevel = LowerLevel

此时输入Example.UpperLevel.，IDE会自动提示Element_A、Element_B、Element_C，完全符合需求。

方案二：实例属性+类型注解实现动态层级 #

如果需要每个Example实例拥有独立的层级数据，先定义Level类，再在Example的__init__中初始化层级对象并指定类型：

class Element:
    def __init__(self, val_1: str, val_2: str):
        self.val_1 = val_1
        self.val_2 = val_2

class UpperLevel:
    def __init__(self):
        self.Element_A = Element('example1', 'example2')
        self.Element_B = Element('example1', 'example2')
        self.Element_C = Element('example1', 'example2')

class LowerLevel:
    def __init__(self):
        self.Element_D = Element('example1', 'example2')
        self.Element_E = Element('example1', 'example2')

class Example:
    def __init__(self):
        self.upper_level: UpperLevel = UpperLevel()
        self.lower_level: LowerLevel = LowerLevel()

这种写法下，输入example_instance.upper_level.（example_instance为Example的实例）时，IDE会自动提示对应的元素成员。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者penfold1992