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基于Python對(duì)象引用、可變性和垃圾回收詳解

 更新時(shí)間:2017年08月21日 08:20:58   投稿:jingxian  
下面小編就為大家?guī)硪黄赑ython對(duì)象引用、可變性和垃圾回收詳解。小編覺得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在就分享給大家,也給大家做個(gè)參考。一起跟隨小編過來看看吧

變量不是盒子

在示例所示的交互式控制臺(tái)中,無法使用“變量是盒子”做解釋。圖說明了在 Python 中為什么不能使用盒子比喻,而便利貼則指出了變量的正確工作方式。

變量 a 和 b 引用同一個(gè)列表,而不是那個(gè)列表的副本

>>> a = [1, 2, 3]
>>> b = a
>>> a.append(4)
>>> b
[1, 2, 3, 4]

如果把變量想象為盒子,那么無法解釋 Python 中的賦值;應(yīng)該把變量視作便利貼,這樣示例中的行為就好解釋了

注意:

對(duì)引用式變量來說,說把變量分配給對(duì)象更合理,反過來說就有問題。畢竟,對(duì)象在賦值之前就創(chuàng)建了

標(biāo)識(shí)、相等性和別名

Lewis Carroll 是 Charles Lutwidge Dodgson 教授的筆名。Carroll 先生指的就是 Dodgson 教授,二者是同一個(gè)人。🌰 用 Python 表達(dá)了這個(gè)概念。

charles 和 lewis 指代同一個(gè)對(duì)象

>>> lewis = charles
>>> lewis is charles
True
>>> id(lewis), id(charles)
(4303312648, 4303312648)
>>> lewis['balance'] = 950
>>> charles
{'name': 'Charles L. Dodgson', 'born': 1832, 'balance': 950}

然而,假如有冒充者(姑且叫他 Alexander Pedachenko 博士)生于 1832年,聲稱他是 Charles L. Dodgson。這個(gè)冒充者的證件可能一樣,但是Pedachenko 博士不是 Dodgson 教授。這種情況如圖

charles 和 lewis 綁定同一個(gè)對(duì)象,alex 綁定另一個(gè)具有相同內(nèi)容的對(duì)象

alex 與 charles 比較的結(jié)果是相等,但 alex 不是charles

>>> lewis
{'name': 'Charles L. Dodgson', 'born': 1832, 'balance': 950}
>>> alex = {'name': 'Charles L. Dodgson', 'born': 1832, 'balance': 950}
>>> lewis == alex
True
>>> alex is not lewis
True

alex 指代的對(duì)象與賦值給 lewis 的對(duì)象內(nèi)容一樣,比較兩個(gè)對(duì)象,結(jié)果相等,這是因?yàn)?dict 類的 __eq__ 方法就是這樣實(shí)現(xiàn)的,但它們是不同的對(duì)象。這是 Python 說明標(biāo)識(shí)不同的方式:a is notb。

示例體現(xiàn)了別名。在那段代碼中,lewis 和 charles 是別名,即兩個(gè)變量綁定同一個(gè)對(duì)象。而 alex 不是 charles 的別名,因?yàn)槎呓壎ǖ氖遣煌膶?duì)象。alex 和 charles 綁定的對(duì)象具有相同的值(== 比較的就是值),但是它們的標(biāo)識(shí)不同。

在==和is之間選擇

== 運(yùn)算符比較兩個(gè)對(duì)象的值(對(duì)象中保存的數(shù)據(jù)),而 is 比較對(duì)象的標(biāo)識(shí)。通常,我們關(guān)注的是值,而不是標(biāo)識(shí),因此 Python 代碼中 == 出現(xiàn)的頻率比 is 高。然而,在變量和單例值之間比較時(shí),應(yīng)該使用 is。目前,最常使用 is檢查變量綁定的值是不是 None。下面是推薦的寫法:

x is None

否定的寫法

x is not None

元組的相對(duì)不可變性

元組與多數(shù) Python 集合(列表、字典、集,等等)一樣,保存的是對(duì)象的引用。 如果引用的元素是可變的,即便元組本身不可變,元素依然可變。也就是說,元組的不可變性其實(shí)是指 tuple 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的物理內(nèi)容(即保存的引用)不可變,與引用的對(duì)象無關(guān)。

>>> t1 = (1, 2, [30, 40])
>>> t2 = (1, 2, [30, 40])
>>> t1 == t2
True
>>> id(t1[-1])
>>> t1[-1].append(1000)
>>> t1
(1, 2, [30, 40, 1000])
>>> t1 == t2
False

表明,元組的值會(huì)隨著引用的可變對(duì)象的變化而變。元組中不可變的是元素的標(biāo)識(shí)。

默認(rèn)做淺復(fù)制

復(fù)制列表(或多數(shù)內(nèi)置的可變集合)最簡(jiǎn)單的方式是使用內(nèi)置的類型構(gòu)造方法。例如:

>>> l1 = [3, [55, 44], (7, 8, 9)]
>>> l2 = list(l1)
>>> l3 = l1[:]
>>> l2
[3, [55, 44], (7, 8, 9)]
>>> l3
[3, [55, 44], (7, 8, 9)]
>>> l1 == l2 == l3
True
>>> l2 is l1
False
>>> l3 is l1
False

為一個(gè)包含另一個(gè)列表的列表做淺復(fù)制;把這段代碼復(fù)制粘貼到 Python Tutor (http://www.pythontutor.com)網(wǎng)站中,看看動(dòng)畫效果

l1 = [3, [66, 55, 44], (7, 8, 9)]
l2 = list(l1)    #淺復(fù)制了l1
l1.append(100)    #l1列表在尾部添加數(shù)值100
l1[1].remove(55)   #移除列表中第1個(gè)索引的值
print('l1:', l1)
print('l2:', l2)
l2[1] += [33, 22]   #l2列表中第1個(gè)索引做列表拼接
l2[2] += (10, 11)   #l2列表中的第2個(gè)索引做元祖拼接
print('l1:', l1)
print('l2:', l2)

l2 是 l1 的淺復(fù)制副本

為任意對(duì)象做深復(fù)制和淺復(fù)制

淺復(fù)制沒什么問題,但有時(shí)我們需要的是深復(fù)制(即副本不共享內(nèi)部對(duì)象的引用)。copy 模塊提供的 deepcopy 和 copy 函數(shù)能為任意對(duì)象做深復(fù)制和淺復(fù)制。

 校車乘客在途中上車和下車

class Bus:

 def __init__(self, passengers=None):
  if passengers is None:
   self.passengers = []
  else:
   self.passengers = list(passengers)

 def pick(self, name):
  self.passengers.append(name)

 def drop(self, name):
  self.passengers.remove(name)

我們將創(chuàng)建一個(gè) Bus 實(shí)例(bus1)和兩個(gè)副本,一個(gè)是淺復(fù)制副本(bus2),另一個(gè)是深復(fù)制副本(bus3),看看在 bus1 有學(xué)生下車后會(huì)發(fā)生什么。

from copy import copy, deepcopy

bus1 = Bus(['Alice', 'Bill', 'Claire', 'David'])
bus2 = copy(bus1)      #bus2淺復(fù)制的bus1
bus3 = deepcopy(bus1)     #bus3深復(fù)制了bus1
print(id(bus1), id(bus2), id(bus3))  #查看三個(gè)對(duì)象的內(nèi)存地址

bus1.drop('Bill')      #bus1的車上Bill下車了
print('bus2:', bus2.passengers)   #wtf....bus2中的Bill也沒有了,見鬼了!
print(id(bus1.passengers), id(bus2.passengers), id(bus3.passengers)) #審查 passengers 屬性后發(fā)現(xiàn),bus1和bus2共享同一個(gè)列表對(duì)象,因?yàn)?bus2 是 bus1 的淺復(fù)制副本

print('bus3:', bus3.passengers)   #bus3是bus1 的深復(fù)制副本,因此它的 passengers 屬性指代另一個(gè)列表

以上代碼執(zhí)行的結(jié)果為:

4324829840 4324830176 4324830736
bus2: ['Alice', 'Claire', 'David']
4324861256 4324861256 4324849608
bus3: ['Alice', 'Bill', 'Claire', 'David']

循環(huán)引用:b 引用 a,然后追加到 a 中;deepcopy 會(huì)想辦法復(fù)制 a

>>> a = [10, 20]
>>> b = [a, 30]
>>> a.append(b)
>>> a
[10, 20, [[...], 30]]
>>> from copy import deepcopy
>>> c = deepcopy(a)
>>> c
[10, 20, [[...], 30]]

函數(shù)的參數(shù)作為引用時(shí)

Python 唯一支持的參數(shù)傳遞模式是共享傳參(call by sharing)。多數(shù)面向?qū)ο笳Z言都采用這一模式,包括 Ruby、Smalltalk 和 Java(Java 的引用類型是這樣,基本類型按值傳參)。共享傳參指函數(shù)的各個(gè)形式參數(shù)獲得實(shí)參中各個(gè)引用的副本。也就是說,函數(shù)內(nèi)部的形參是實(shí)參的別名。

函數(shù)可能會(huì)修改接收到的任何可變對(duì)象

>>> def f(a, b):
...  a += b
...  return a
... 
>>> x = 1
>>> y = 2
>>> f(x, y)
>>> x, y
(1, 2)
>>> a = [1, 2]
>>> b = [3, 4]
>>> f(a, b)
[1, 2, 3, 4]
>>> a, b
([1, 2, 3, 4], [3, 4])
>>> t = (10, 20)
>>> u = (30, 40)
>>> f(t, u)
(10, 20, 30, 40)
>>> t, u
((10, 20), (30, 40))

數(shù)字x沒有變化,列表a變了,元祖t沒變化

不要使用可變類型作為參數(shù)的默認(rèn)值

可選參數(shù)可以有默認(rèn)值,這是 Python 函數(shù)定義的一個(gè)很棒的特性,這樣我們的 API 在進(jìn)化的同時(shí)能保證向后兼容。然而,我們應(yīng)該避免使用可變的對(duì)象作為參數(shù)的默認(rèn)值。

一個(gè)簡(jiǎn)單的類,說明可變默認(rèn)值的危險(xiǎn)

class HauntedBus:
 '''
 備受折磨的幽靈車
 '''

 def __init__(self, passengers=[]):
  self.passengers = passengers

 def pick(self, name):
  self.passengers.append(name)

 def drop(self, name):
  self.passengers.remove(name)


bus1 = HauntedBus(['Alice', 'Bill'])
print('bus1上的乘客:', bus1.passengers)
bus1.pick('Charlie')   #bus1上來一名乘客Charile
bus1.drop('Alice')    #bus1下去一名乘客Alice
print('bus1上的乘客:', bus1.passengers)   #打印bus1上的乘客

bus2 = HauntedBus()    #實(shí)例化bus2
bus2.pick('Carrie')    #bus2上來一名課程Carrie
print('bus2上的乘客:', bus2.passengers)

bus3 = HauntedBus()
print('bus3上的乘客:', bus3.passengers)
bus3.pick('Dave')
print('bus2上的乘客:', bus2.passengers)  #登錄到bus3上的乘客Dava跑到了bus2上面

print('bus2是否為bus3的對(duì)象:', bus2.passengers is bus3.passengers)
print('bus1上的乘客:', bus1.passengers)

以上代碼執(zhí)行的結(jié)果為:

bus1上的乘客: ['Alice', 'Bill']
bus1上的乘客: ['Bill', 'Charlie']
bus2上的乘客: ['Carrie']
bus3上的乘客: ['Carrie']
bus2上的乘客: ['Carrie', 'Dave']
bus2是否為bus3的對(duì)象: True
bus1上的乘客: ['Bill', 'Charlie']

實(shí)例化 HauntedBus 時(shí),如果傳入乘客,會(huì)按預(yù)期運(yùn)作。但是不為 HauntedBus 指定乘客的話,奇怪的事就發(fā)生了,這是因?yàn)?self.passengers 變成了 passengers 參數(shù)默認(rèn)值的別名。出現(xiàn)這個(gè)問題的根源是,默認(rèn)值在定義函數(shù)時(shí)計(jì)算(通常在加載模塊時(shí)),因此默認(rèn)值變成了函數(shù)對(duì)象的屬性。因此,如果默認(rèn)值是可變對(duì)象,而且修改了它的值,那么后續(xù)的函數(shù)調(diào)用都會(huì)受到影響。

防御可變參數(shù)

如果定義的函數(shù)接收可變參數(shù),應(yīng)該謹(jǐn)慎考慮調(diào)用方是否期望修改傳入的參數(shù)。

例如,如果函數(shù)接收一個(gè)字典,而且在處理的過程中要修改它,那么這個(gè)副作用要不要體現(xiàn)到函數(shù)外部?具體情況具體分析。這其實(shí)需要函數(shù)的編寫者和調(diào)用方達(dá)成共識(shí)。

TwilightBus 實(shí)例與客戶共享乘客列表,這會(huì)產(chǎn)生意料之外的結(jié)果。在分析實(shí)現(xiàn)之前,我們先從客戶的角度看看 TwilightBus 類是如何工作的。

從 TwilightBus 下車后,乘客消失了

class TwilightBus:
 """讓乘客銷聲匿跡的校車"""

 def __init__(self, passengers=None):
  if passengers is None:
   self.passengers = passengers
  else:
   self.passengers = passengers #這個(gè)地方就需要注意了,這里傳遞的是引用的別名

 def pick(self, name):
  self.passengers.append(name)  #會(huì)修改構(gòu)造放的列表,也就是會(huì)修改外部的數(shù)據(jù)

 def drop(self, name):
  self.passengers.remove(name)  #會(huì)修改構(gòu)造放的列表,也就是會(huì)修改外部的數(shù)據(jù)

basketball_team = ['Sue', 'Tina', 'Maya', 'Diana', 'Pat']
bus = TwilightBus(basketball_team)
bus.drop('Tina')  #bus中乘客Tina下去了
bus.drop('Pat')   #bus中課程Pat下去了

print(basketball_team) #wtf....為毛線的basketball的里面這兩個(gè)人也木有了~~MMP

以上代碼執(zhí)行的結(jié)果為:

['Sue', 'Maya', 'Diana']

解決方案,不直接引用外部的basketball_team,而是在內(nèi)部創(chuàng)建一個(gè)副本,類似于下面的這種

>>> a = [1, 2, 3]
>>> b = a
>>> c = list(a)
>>> b.append(10)
>>> a
[1, 2, 3, 10]
>>> b
[1, 2, 3, 10]
>>> c
[1, 2, 3]

c是a的副本,不會(huì)因?yàn)楸旧砹斜淼淖兓苡绊?,在上面?🌰 中,只需要在構(gòu)造函數(shù)中創(chuàng)建一個(gè)副本即可(self.passengers=list(passengers))

del和垃圾回收

del 語句刪除名稱,而不是對(duì)象。del 命令可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)象被當(dāng)作垃圾回收,但是僅當(dāng)刪除的變量保存的是對(duì)象的最后一個(gè)引用,或者無法得到對(duì)象時(shí)。 重新綁定也可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)象的引用數(shù)量歸零,導(dǎo)致對(duì)象被銷毀。

>>> import weakref
>>> s1 = {1, 2, 3}
>>> s2 = s1 #s1和s2是別名,指向同一個(gè)集合
>>> def bye(): #這個(gè)函數(shù)一定不能是要銷毀的對(duì)象的綁定方法,否則會(huì)有一個(gè)指向?qū)ο蟮囊?
...  print('Gone with the wind...')
... 
>>> ender = weakref.finalize(s1, bye) #在s1引用的對(duì)象上注冊(cè)bye回調(diào) 
>>> ender.alive#調(diào)用finalize對(duì)象之前,.alive屬性的值為True
True
>>> del s1 #del不刪除對(duì)象,而是刪除對(duì)象的引用
>>> ender.alive
True
>>> s2 = 'spam'  #重新綁定最后一個(gè)引用s2,讓{1, 2, 3}無法獲取,對(duì)象唄銷毀了,調(diào)用bye回調(diào),ender.alive的值編程了False
Gone with the wind...
>>> ender.alive
False

弱引用

正是因?yàn)橛幸?,?duì)象才會(huì)在內(nèi)存中存在。當(dāng)對(duì)象的引用數(shù)量歸零后,垃圾回收程序會(huì)把對(duì)象銷毀。但是,有時(shí)需要引用對(duì)象,而不讓對(duì)象存在的時(shí)間超過所需時(shí)間。這經(jīng)常用在緩存中。

弱引用不會(huì)增加對(duì)象的引用數(shù)量。引用的目標(biāo)對(duì)象稱為所指對(duì)象(referent)。因此我們說,弱引用不會(huì)妨礙所指對(duì)象被當(dāng)作垃圾回收。

弱引用是可調(diào)用的對(duì)象,返回的是被引用的對(duì)象;如果所指對(duì)象不存在了,返回 None

>>> import weakref
>>> a_set = {0, 1}
>>> wref = weakref.ref(a_set)#創(chuàng)建弱引用對(duì)象wref,下一行審查它
>>> wref
<weakref at 0x101ce03b8; to 'set' at 0x101cd8d68>
>>> wref() #調(diào)用wref()返回的是被引用的對(duì)象,{0, 1}。因?yàn)檫@是控制臺(tái)會(huì)話,所以{0, 1}會(huì)綁定給_變量
{0, 1}
>>> a_set = {2, 3, 4} #a_set不在指代{0, 1}集合,因此集合的引用數(shù)量減少了,但是_變量仍然指代它
>>> wref() #調(diào)用wref()已經(jīng)返回了{(lán)0, 1}
{0, 1}
>>> wref() is None#計(jì)算這個(gè)表達(dá)式時(shí),{0, 1}存在,因此wref()不是None,但是,隨后_綁定到結(jié)果值False,現(xiàn)在{0,1}沒有強(qiáng)引用
False
>>> wref() is None#因?yàn)閧0, 1}對(duì)象不存在了,所以wref()返回了None
True

以上這篇基于Python對(duì)象引用、可變性和垃圾回收詳解就是小編分享給大家的全部?jī)?nèi)容了,希望能給大家一個(gè)參考,也希望大家多多支持腳本之家。

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