5分鐘掌握 Python 對(duì)象的引用

1. 引言

• 變量和賦值
• 可變對(duì)象和不可變對(duì)象
• 函數(shù)參數(shù)的引用
• 淺拷貝和深拷貝
• 垃圾回收
• 弱引用

2. python引用

2.1 變量和賦值

• == 是比較兩個(gè)對(duì)象的內(nèi)容是否相等，即兩個(gè)對(duì)象的值是否相等
• is同時(shí)檢查對(duì)象的值和內(nèi)存地址。可以通過(guò)is判斷是否是同一個(gè)對(duì)象
• id() 列出變量的內(nèi)存地址的編號(hào)

#?這個(gè)例子a?和?b?兩個(gè)變量共同指向了同一個(gè)內(nèi)存空間
a?=?[1,?2,?3]
c?=?[1,?2,?3]
print(a?is?c)?#?False
print(a?==?c)?#?True
b?=?a
a.append(5)
print(a?is?b)?#?True

• 初始化賦值：變量的每一次初始化，都開(kāi)辟了一個(gè)新的空間，將新內(nèi)容的地址賦值給變量

• 變量賦值：引用地址的傳遞

2.2 可變對(duì)象和不可變對(duì)象

• 可變對(duì)象包括字典dict、列表list、集合set、手動(dòng)聲明的類(lèi)對(duì)象等
• 不可變對(duì)象包括數(shù)字int float、字符str、None、元組tuple等

• list 可變對(duì)象，內(nèi)容變更地址不變

  a?=?[1,?2,?3]
  print(id(a))
  a.append(5)
  print(id(a))
  

• 不可變對(duì)象（常用的共享地址或緩存）

  #?較小整數(shù)頻繁被使用，python采用共享地址方式來(lái)管理
  a?=?1
  b?=?1
  print(a?is?b)?#?True
  
  #?對(duì)于單詞類(lèi)str，python采用共享緩存的方式來(lái)共享地址
  a?=?'hello'
  b?=?'hello'
  print(a?is?b)?#?True
  

• 不可變對(duì)象（不共享地址）

  a?=?(1999,?1)
  b?=?(1999,?1)
  print(a?is?b)?#?False
  
  a?=?'hello?everyone'
  b?=?'hello?everyone'
  print(a?is?b)?#?False
  

• 元組的相對(duì)不可變型

  #?元組的里元素是可變，改變可變的元素，不改變?cè)M的引用
  a?=?(1999,?[1,?2])
  ida?=?id(a)
  a[-1].append(3)
  idb?=?id(a)
  
  print(ida?==?idb)?#?True
  

a?=?[1,?2,?3]
print(id(a))
a?=?a?+?[5]
print(id(a))
#?前后兩個(gè)變量a，?已經(jīng)不是同一個(gè)地址了

2.3 函數(shù)參數(shù)的引用

def?func(d):
????d['a']?=?10
????d['b']?=?20????#?改變了外部實(shí)參的值????????
????d?=?{'a':?0,?'b':?1}??#?賦值操作，?局部d貼向了新的標(biāo)識(shí)
????print(d)?#?{'a':?0,?'b':?1}

d?=?{}
func(d)
print(d)?#?{'a':?10,?'b':?20}

class?bus():
????def?__init__(self,?param=[]):
????????self.param?=?param
????????
????def?test(self,?elem):
????????self.param.append(elem)
b?=?bus([2,?3])
b.param?#?[2,?3]

c?=?bus()
c.test(3)
c.param?#?[3]

d?=?bus()
d.param?#?[3]??#?c?中修改了默認(rèn)值的引用的內(nèi)容

2.4 淺拷貝和深拷貝

• 淺拷貝：只復(fù)制頂層的對(duì)象，對(duì)于有嵌套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的元素還是原有對(duì)象的引用，這時(shí)候需要特別注意
• 深拷貝：復(fù)制了所有對(duì)象，遞歸式的復(fù)制所有對(duì)象。復(fù)制后的對(duì)象和原來(lái)的對(duì)象是完全不同的對(duì)象。對(duì)于不可變對(duì)象來(lái)說(shuō)，淺拷貝和深拷貝都是一樣的地址。但是對(duì)于嵌套了可變對(duì)象元素的情況，就有所不同

test_a?=?(1,?2,?3)
test_b?=?copy.copy(test_a)
test_c?=?copy.deepcopy(test_a)
print(test_a?is?test_b)?#?True
print(test_a?is?test_c)?#?True

test_a[2].append(5)?#?改變不可變對(duì)象中可變?cè)氐膬?nèi)容
print(test_a?is?test_b)?#?True
print(test_a?is?test_c)?#?False
print(test_c)?#?(1,?2,?[3,?4])

l1?=?[3,?[66,?55,?44],?(2,?3,?4)]
l2?=?list(l1)?#?l2是l1的淺拷貝

#?頂層改變不會(huì)相互影響，因?yàn)槭莾蓚€(gè)不同對(duì)象
l1.append(50)?
print(l1)?#?3,?[66,?55,?44],?(2,?3,?4),?50]
print(l2)?#?[3,?[66,?55,?44],?(2,?3,?4)]

#?嵌套可變?cè)兀瑴\拷貝共享一個(gè)地址
l1[1].append(100)
print(l1)?#?[3,?[66,?55,?44,?100],?(2,?3,?4),?50]
print(l2)?#?[3,?[66,?55,?44,?100],?(2,?3,?4)]

#?嵌套不可變?cè)兀豢勺冊(cè)氐牟僮魇莿?chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象，所以不影響
l1[2]?+=?(2,3)
print(l1)?#?[3,?[66,?55,?44,?100],?(2,?3,?4,?2,?3),?50]
print(l2)?#[3,?[66,?55,?44,?100],?(2,?3,?4)]

2.5 垃圾回收

• 引用計(jì)數(shù)：python可以給所有的對(duì)象（內(nèi)存中的區(qū)域）維護(hù)一個(gè)引用計(jì)數(shù)的屬性，在一個(gè)引用被創(chuàng)建或復(fù)制的時(shí)候，讓python,把相關(guān)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)+1；相反當(dāng)引用被銷(xiāo)毀的時(shí)候就把相關(guān)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)-1。當(dāng)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)減到0時(shí)，認(rèn)為整個(gè)python中不會(huì)再有變量引用這個(gè)對(duì)象，所以就可以把這個(gè)對(duì)象所占據(jù)的內(nèi)存空間釋放出來(lái)了。可以通過(guò)sys.getrefcount()來(lái)查看對(duì)象的引用
• 分代回收: 分代回收主要是為了提高垃圾回收的效率。對(duì)象的創(chuàng)建和消費(fèi)的頻率不一樣。由于python在垃圾回收前需要檢測(cè)是否是垃圾，是否回收，然后再回收。當(dāng)對(duì)象很多的時(shí)候，垃圾檢測(cè)的耗時(shí)變得很大，效率很低。python采用的對(duì)對(duì)象進(jìn)行分代，按不同的代進(jìn)行不同的頻率的檢測(cè)。代等級(jí)的規(guī)則根據(jù)對(duì)象的生命時(shí)間來(lái)判斷，比如一個(gè)對(duì)象連續(xù)幾次檢測(cè)都是可達(dá)的，這個(gè)對(duì)象代的等級(jí)高，降低檢測(cè)頻率。python中默認(rèn)把所有對(duì)象分成三代。第0代包含了最新的對(duì)象，第2代則是最早的一些對(duì)象
• 循環(huán)引用：一個(gè)對(duì)象直接或者間接引用自己本身，引用鏈形成一個(gè)環(huán)。這樣改對(duì)象的引用計(jì)數(shù)永遠(yuǎn)不可能為0。所有能夠引用其他對(duì)象的對(duì)象都被稱(chēng)為容器(container). 循環(huán)引用只能發(fā)生容器之間發(fā)生. Python的垃圾回收機(jī)制利用了這個(gè)特點(diǎn)來(lái)尋找需要被釋放的對(duì)象。

import?sys
a?=?[1,?2]
b?=?a

print(sys.getrefcount(a))?#?3?命令本身也是一次引用
del?b
print(sys.getrefcount(a))?#?2?

3. 弱引用

• 應(yīng)用在緩存中，只存在一定的時(shí)間存在。當(dāng)它引用的對(duì)象存在時(shí)，則對(duì)象可用，當(dāng)對(duì)象不存在時(shí)，就返回None
• 不增加引用計(jì)數(shù)，在循環(huán)引用使用，就降低內(nèi)存泄露的可能性

import?weakref
a_set?=?{0,1}
wref?=?weakref.ref(a_set)?#?建立弱引用
print(wref())?#?{0,1}
a_set?=?{2,?3,?4}?#?原來(lái)的a_set?引用計(jì)數(shù)為0，垃圾回收
print(wref())?#?None?#?所值對(duì)象被垃圾回收，?弱引用也消失為None

4. 總結(jié)

• 對(duì)象賦值就完成引用，變量是地址引用式的變量
• 要時(shí)刻注意，所以引用可變對(duì)象對(duì)象的改變，是否導(dǎo)致共同引用的變量值得變化
• 函數(shù)會(huì)修改是可變對(duì)象的實(shí)參
• 淺拷貝只是copy頂層，如果存在內(nèi)部嵌套可變對(duì)象，要注意，copy的還是引用
• 對(duì)象的引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，就開(kāi)始垃圾回收
• 弱引用為增加引用計(jì)數(shù)，與被所指對(duì)象共存亡，而不影響循環(huán)引用

作者簡(jiǎn)介：wedo實(shí)驗(yàn)君, 數(shù)據(jù)分析師；熱愛(ài)生活，熱愛(ài)寫(xiě)作

贊 賞 作 者