Python还债日记之对象(一)

jiayao 收录于编程算法

2021-01-01 约 2261 字预计阅读 5 分钟

Python中对象的概念与分类，包括对象与引用、变量之间的联系，可变对象与不可变对象的区分。

1. 关于python中的对象

Python中万物皆对象

这是一个很通俗的说法，但却十分准确，python用对象的概念来解释程序中的元素，比如整数、字符串、元组等。甚至，表示对象类型的方法type也是一个对象。

2. 对象、引用与变量

对象在创建时，Python解释器会为其分配内存空间，如果对象的值被传递给了一个变量，那么该变量就会通过引用的方式使用该对象，这时也可以称为，变量是对对象的引用。

3. 对象的内存地址

其实在python中，变量的地位很尴尬，因为python动态语言的特性以及万物皆对象的特性，导致变量往往都是对对象的引用。这时变量与对象可以被理解成两部分，在存储时，二者也是分开的。变量代表着对象的地址，存储在栈区，而对象的实际内容存储在堆区。我们可以通过id()来获取对象或者说变量在堆区中的内存地址。也可以理解成返回当前对象在其生命周期内独一无二的标识符。

下图可以很好地说明在python中对象与变量的存储方式，以及堆区和栈区的内存分配。

栈区：
- 栈区存放真实的对象，当新对象创建时，堆区中就会被开辟出一块新的内存地址分配给这个新的对象。
- 此外，python还为一些特殊的数据独立分配了特定的空间，分别是小对象整数池、匿名列表、字典对象缓冲区以及短字符串缓冲区。这样做的原因在后文会详细说明，总结来说就是，为不可变对象（小整数、字符串）以及匿名对象（未赋值的字典和列表）提供一个固定的地址。
栈区：
- 栈区存放的是前面说的，地位很尴尬的变量，下图可以看到，变量A、B、C、D其实表示的是堆区对象的引用，其本身存放的也不是对象的值，而是对象在堆区的地址。可以通过id方法获取变量指向对象的地址
栈区和堆区之间，从对象指向变量的，就是引用

注意：

变量在栈中的地址与变量自身存储的地址是不同的，注意区分
可以思考下，变量与对象之间的关系是一一对应的么？

4. 对象的类型

python中的对象都存储在堆区，但是其类型却不尽相同，根据是否可变，我们将对象分为可变对象和不可变对象。

注意：这里的可变与不可变，指的是变量指向的内存地址是否可以改变，如果指向一个对象地址的变量可以被修改，那么该对象就是可变的

4.1 不可变对象

不可变对象，就是无法修改的对象，我们无法在内存中直接修改这个变量。必须断开原来的引用，才可以使这个变量拥有新的值。

所以在python中，当我们尝试修改不可变类型的值，比如初始化a = 5，然后再改变a的值，a = 4，这时，由于指向对象5的地址是不可变的，所以对象5到a的引用会断开，然后一个新的对象4的引用会分配给该变量。这个过程前后，变量a虽然没有改变变量名称，但是其指向的对象地址发生了变化，如果调用id()方法也可以证明这一点。

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>>> a = 5
>>> id(a), id(5)
10914624, 10914624
>>> a = 4
>>> id(a), id(4)
10914592, 10914592

在Python中，常见的不可变对象有：

int
float
bool
tuple
string

再强调一遍，以上五种类型之所以被称为不可变对象，是因为一旦变量与对象通过引用绑定之后，再想修改变量的值，只能通过解除引用、重新引用的方式。所以我们可以发现，对于不可变对象，如果变量的值不同，其对应对象一定不同，同一个变量修改内容后，其指向的对象也一定是改变了的。

4.2 特殊不可变对象

如果两个变量的值相同，那么他们在堆中的地址一定一样么？答案是不一定

再放一下关于对象存储在堆区中的图

python中关于对象的存储，有几处特殊的空间，这里只说两处，分别是短字符串缓冲区以及小对象整数池。二者的作用是，当字符串的长度较短或者是整数的数值较小时，python会将值相同的变量分配相同的引用，换句话说，值相同的变量指向相同的对象。

小对象整数池的作用范围是(-5, 256)，在这范围内的整数，只要值相同，堆中的内存地址也相同

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>>> a = 5
>>> b = 5
>>> id(a), id(b)
10914624, 10914624
>>> a = 555
>>> b = 555
>>> id(a), id(b)
140122211533680, 140122211533712

短字符串指的是没有空格的字符串，不带空格的字符串，只要内容相同，其在堆中的地址就一致

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>>> a = 'dddddddddddddddddddddddddddddddddd'
>>> b = 'dddddddddddddddddddddddddddddddddd'
>>> id(a), id(b)
140599787760344, 140599787760344
>>> a = 'a b'
>>> b = 'a b'
>>> id(a), id(b)
140599787781456, 140599787781400

4.3 可变对象

明白了不可变对象的定义之后，可变对象的定义也就很清楚了，对于一个变量和其绑定的对象，如果是可变的，那么修改变量可以通过直接改变变量指向的堆中的内存地址来实现，不需要破坏对象与变量之间的引用。

在Python中，常见的可变对象有：

list
dict
set

对于这三种可变对象，不管值是否相同，不同变量对应堆中的内存地址一定不同，同一变量对应的内存地址一定不变。

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>>> a = [1]
>>> b = [1]
>>> id(a)
140176052670856
>>> id(b)
140176052699720

4.4 特殊可变对象

依旧是这张图

对于可变对象，python中也有一些特殊的情况，比如匿名的可变对象。所以python同样给匿名的列表和字典对象准备了特殊待遇，对于这两类匿名对象，其在堆中的内存地址是一样的。（注，匿名表示的就是没有被赋值的对象，也可以理解为对象没有被变量引用）

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>>> id([1, 2, 3]), id([1, 2, 3])
139883205481032, 139883205481032
>>> id({'a': 1}), id({'a': 1})
139883230991992, 139883230991992

5. 总结

本文内容总结如下：

Python是一门动态语言
Python中万物皆对象
Python中变量存储的是对象的引用
Python中对象可以分为可变对象与不可变对象
1. 对于不可变对象，小整数、短字符串以及布尔值这三类，只要值相同，那么变量指向的地址就相同，其余类型则值相同、地址也不同
2. 对于可变对象，单个变量的值无论怎么改变，其内存地址都不变，但是多个变量的值就算相同，其内存地址也不同

6. 参考

python3中各类变量的内存堆栈分配和函数传参区别实例详解

Python内存管理中的堆和栈以及id，is，== 的区别和使用

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