Python中如何避免dataclass成员被默认作为类变量实例化？

问题根因 #

你遇到的属性共享问题是dataclass字段规则和Python类可变默认值特性共同导致的，核心原因有两点：

• 字段识别规则限制：dataclass仅会将带有PEP 526标准类型注解的类属性识别为需要单独实例化的实例字段。未加类型注解的属性会被直接作为类属性处理，所有实例共享同一份内存对象。
• 可变默认值初始化陷阱：类定义阶段设置的可变类型默认值（自定义类实例、列表、numpy数组等），只会在类加载时生成一次，所有未传对应参数的实例都会默认引用这同一个对象。

dataclass()实际会检查字段类型的两处场景之一，就是判断字段是否为PEP 526定义的类变量，判定逻辑为检查字段类型是否为typing.ClassVar。若字段属于ClassVar类型，就不会被纳入dataclass字段范围，会被dataclass机制忽略，这类ClassVar伪字段也不会被模块级的fields()函数返回。

现象对应解释 #

你给出的运行结果完全符合上述规则：

1. 未加类型注解的alpha属于类属性，因此所有实例的alpha指向同一块内存地址
2. color字段虽然加了类型注解，但默认值是类加载时生成的单个Color实例，所有未传color参数的实例都共享这个对象
3. 修改x.color.r是修改共享对象的属性，因此y的color属性同步变更；给x.number赋值是在x实例上新增了实例属性覆盖了类属性，因此y的number不受影响，和打印的__dict__结果完全匹配。

修复方案 #

使用dataclasses.field的default_factory参数为可变类型字段生成每个实例独立的默认值，同时为所有字段补全类型注解，修改后的代码如下：

from dataclasses import dataclass, field
import numpy as np

@dataclass
class Color:
    r: int = 0
    g: int = 0
    b: int = 0

@dataclass
class NumberColor:
    color: Color = field(default_factory=Color)
    number: int = 0
    alpha: np.ndarray = field(default_factory=lambda: np.zeros(3))

修改后每个实例的color、alpha都会在初始化时生成独立的新对象，修改单个实例的属性不会影响其他实例。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mayank