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Python中的對象引用、可變性和垃圾回收

ytwman / 2963人閱讀

摘要：一對象引用基礎(chǔ)知識變量是標(biāo)注而不是容器。也就是說元組中不可變的是元素的標(biāo)識，但元組的值會隨著引用的可變對象變化而變化。在中每個對象的引用都會有統(tǒng)計。弱引用不會妨礙對象被當(dāng)做垃圾回收。

導(dǎo)語：本文章記錄了本人在學(xué)習(xí)Python基礎(chǔ)之面向?qū)ο笃闹攸c知識及個人心得，打算入門Python的朋友們可以來一起學(xué)習(xí)并交流。

本文重點：

1、明確變量保存的是引用這一本質(zhì)；
2、熟悉對象引用的基礎(chǔ)知識；
3、掌握深復(fù)制和淺復(fù)制；
4、熟悉函數(shù)傳參引用時潛在的麻煩并避免。
一、對象引用基礎(chǔ)知識

變量：是標(biāo)注而不是容器。對引用式變量而言，是把變量分配給對象，反過來理解則不合理。

別名：同一個對象的不同標(biāo)注就是別名，別名指向同一對象。

標(biāo)識：可以把標(biāo)識理解為對象在內(nèi)存中的地址。每個變量都有標(biāo)識、類型和值。對象一旦創(chuàng)建，它的標(biāo)識絕不會變。is運算符比較兩個對象的標(biāo)識；id()函數(shù)返回對象標(biāo)識的整數(shù)表示，即對象的內(nèi)存地址。

相等性：用==運算符比較兩個對象的值是否相等。注意a==b是語法糖，等同于a.__eq__(b)。

==和is的選擇：我們關(guān)注值的頻率比標(biāo)識要高。

當(dāng)比較變量和單例值的時候應(yīng)該用is。例如：X is None 或 X is not None。

is運算符比==要快，因為is不能重載。

二、可變性 1、元組的相對不可變性：

指tuple數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的物理內(nèi)容（即保存的引用）不可變。也就是說元組中不可變的是元素的標(biāo)識，但元組的值會隨著引用的可變對象變化而變化。
tuple，list，dict，set保存的是對象的引用，而str，byte,array.array保存的是對象的值（字符，字節(jié)，數(shù)字）。

2、淺復(fù)制與深復(fù)制

淺復(fù)制：當(dāng)復(fù)制tuple，list，dict，set時，副本之間共享內(nèi)部對象的引用。copy.copy()
深復(fù)制：當(dāng)復(fù)制tuple，list，dict，set時，副本之間不共享內(nèi)部對象的引用。copy.deepcopy()

eg:淺復(fù)制小例子

list1=[1,(55,66),[7,8,9]]
list2=list(list1)#構(gòu)建副本默認(rèn)為淺復(fù)制
list2[1]+=(77,88)#對元組進行+=運算會解綁list2[1]，并與右端運算后的值之間重新綁定起來。
list2[2]+=[10]#對列表進行iadd運算會就地修改列表，不會發(fā)生重新綁定。
list2[0]*=3
list1[2].pop(0)
print(list1)
print(list2)
#輸出：
[1, (55, 66), [8, 9, 10]]
[3, (55, 66, 77, 88), [8, 9, 10]]

分析：list2是list1的副本，我們對list2的三個元素均作了改動，但只有列表元素的改動影響到了list1。原因在于list1和list2的第三個列表元素共享引用，因此影響也會同步；元組因為發(fā)生了解綁的運算所以影響未同步到list1；至于數(shù)值的影響不同步的原因是因為淺復(fù)制針對str，byte，array.array這些對象直接將值重新保存到副本中來，不存在共享引用的內(nèi)部邏輯。

深復(fù)制注意事項：

深復(fù)制處在循環(huán)引用的對象時，深復(fù)制算法會進入無限循環(huán)中。

一些對象可能會引用不該復(fù)制的外部資源或單例值，這些對象的深復(fù)制的結(jié)果可能太深。

3、函數(shù)的參數(shù)作為引用時：

Python唯一支持的參數(shù)傳遞模式是共享傳參。共享傳參指函數(shù)的各個形式參數(shù)獲得實參中各個引用的副本，即函數(shù)內(nèi)部的形參是實參的別名。

函數(shù)可能會修改作為參數(shù)傳入的可變對象。
(1)這個行為無法避免，除非在本地創(chuàng)建副本，或者使用不可變對象。

(2)因此在類中直接把參數(shù)賦值給實例變量之前一定要三思，因為這樣會為參數(shù)對象創(chuàng)建別名，修改傳入?yún)?shù)指向的可變對象。

eg:函數(shù)修改作為參數(shù)傳入的全局變量

def f(a, b):
    a += b
    return a
a = [1, 2]
b = [3, 4]
f(a, b)
print(a, b)#輸出[1, 2, 3, 4], [3, 4]，此時列表a已經(jīng)發(fā)生變化。
t = (10, 20)
u = (30, 40)
f(t, u)
print(t, u)#輸出((10, 20), (30, 40))，此時元組t沒有發(fā)生變化。

使用可變類型作為函數(shù)參數(shù)的默認(rèn)值有危險。
原因在于包含此類函數(shù)的類的實例在未指定初始值時會使用同一個可變默認(rèn)值。當(dāng)一個實例就地修改參數(shù)時會影響其他實例對默認(rèn)值的調(diào)用。

三、垃圾回收 1、垃圾回收的判定規(guī)則：

主要采用引用計數(shù)算法。
在Python中每個對象的引用都會有統(tǒng)計。當(dāng)引用計數(shù)歸零時，對象就會立即銷毀。

除了循環(huán)引用外沒有其他引用，處在循環(huán)引用的對象都會被銷毀。

2、弱引用

某些情況下可能需要保存對象的引用，但不留存對象本身，此時可以借助弱引用實現(xiàn)。弱引用不會妨礙對象被當(dāng)做垃圾回收。

弱引用是一種低層機制，是weakref模塊中WeakValueDictionary、WeakKeyDictionary和WeakSet等有用的集合類，以及finalize函數(shù)的底層支持。

弱引用的局限性
弱引用所指對象可以是set，用戶自定義的類，list和dict的子類。不可以是int、tuple的實例及子類，也不可以是list實例或dict實例。

四、Python對不可變類型施加的把戲

1、使用一個元組來構(gòu)造另一個元組，得到的其實是同一個元組。

2、比較字符串或整數(shù)是否相等時，應(yīng)該使用==而不是is。這是由于Python解釋器內(nèi)部駐留的特性所導(dǎo)致的。

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