oid 值記憶體使用 Python記憶體引用機制

python是當前使用最方便快捷的程式語言。作為乙個使用python的程式設計師，理解內部機制是寫好**的基礎。其中，首當其衝的就是最基礎的變數，以及其背後的記憶體引用機制。

python中的變數記憶體機制類似c++中的引用，即變數是乙份記憶體的引用，每個變數不一定都佔據乙份單獨的記憶體空間，可能有多個變數對應同乙個記憶體空間的情況。這裡我們可以通過用變數賦值和用值賦值兩種情況來進一步理解

>>> a = 257; b = a  
>>> id(a) == id(b)  #傳的是a的引用，位址與a相同
true 
>>> a = 257; b = 257  
>>> id(a) == id(b)  #單獨分配了一塊記憶體，值為257，位址與a不同
false

這裡大家會有個疑問，為什麼舉例使用的是整型的257。如果使用整型其他值或字串浮點等型別會發生什麼呢？不妨來試一下

>>> a = 1; b = 1
>>> id(a) == id(b)
true
>>> a = 1.1; b = 1.1
>>> id(a) == id(b)
false 
>>> a = "1"; b = "1"
>>> id(a) == id(b)
true

根據上面的嘗試，可以看出整型1和字串型別都沒有單獨分配記憶體，相同值的變數實際上是同一塊記憶體的引用。而浮點型別則是單獨分配了記憶體。

這裡涉及到python快取小資料的機制，即為了效能方面的考慮，對整型[-5, 256]和字串型別進行快取，當初始化這部分值的變數時，不再單獨分配記憶體。

先看定義，這裡討論的都是python的基本資料型別，自定義類都屬於可變型別：

對不可變型別，比較好理解，數字和字串值變化了，或者是變數引用指向乙個新的位址，或者是根據變化後的值新分配一塊記憶體，變數的引用指向這塊記憶體。此外元組本身就定義為不可變，值發生變化只能是重新定義。對可變型別，可以看到這三種型別都是由元素組合而成，元素的變化或增減都不改變型別本身的引用。

>>> a = 1; b = a
>>> id(a) == id(b)
true
>>> b = 2
>>> id(a) == id(b)  #不可變資料型別，值變位址變
false
>>> 
>>> a = [1,2,3]; b = a
>>> id(a) == id(b)
true
>>> b[0] = 11
>>> a
[11, 2, 3]
>>> id(a) == id(b)  #可變資料型別，值變位址不變
true

需要說明的是，在函式傳參時，傳遞的也是引用，和可變不可變資料型別無關。在有些技術部落格上會出現這樣的敘述：

python不允許程式設計師選擇採用傳值還是傳引用。python引數傳遞採用的肯定是「傳物件引用」的方式。實際上，這種方式相當於傳值和傳引用的一種綜合。如果函式收到的是乙個可變物件（比如字典或者列表）的引用，就能修改物件的原始值——相當於通過「傳引用」來傳遞物件。如果函式收到的是乙個不可變物件（比如數字、字元或者元組）的引用，就不能直接修改原始物件——相當於通過「傳值』來傳遞物件。

這段敘述中，後半段的結論沒問題，但是前半段的敘述不夠準確，很容易讓讀者產生誤解。python引數傳遞實際上是傳遞引用，這和可變和不可變資料型別沒有關係。「傳值」的含義在於分配一塊新的記憶體空間，而函式傳參並不一定符合這一點。因此對於可變和不可變型別，理解的重點在於值的變化，而不在於傳遞。

>>> def func(a):
return a
>>> a = 1
>>> b = func(a)   #傳參並不一定是傳值
>>> id(a) == id(b)
true

因此，對於可變資料型別，在賦值和傳參時，我們需要特別注意值的修改會反映到所有的引用上。多個變數指向同乙個list時，任何乙個變數對list值進行改動，都會影響其他變數。這點我自己也是踩坑多次。對於這種情況，我們可以採用淺拷貝的方式為變數單獨分配記憶體。下面是幾個踩坑的例子。

#直接用乘n的方式生成的是多個引用，位址是相同的
>>> a = [[1,2,3]] * 3  
>>> a
[[1, 2, 3], [1, 2, 3], [1, 2, 3]]
>>> a[0][0] = 11
>>> a
[[11, 2, 3], [11, 2, 3], [11, 2, 3]]
>>> [id(_) for _ in a] 
[2325771410696, 2325771410696, 2325771410696]
#傳參傳的也是引用，class裡可能會有多次賦值，難以察覺
>>> class d:
def __init__(self, lst):
self.lst = lst
def getfirst(self):
return self.lst.pop(0)
>>> a = [1, 2, 3]
>>> d = d(a)
>>> d.getfirst()
1>>> a   #a, d.lst是同一物件的兩個引用
[2, 3]
#兩種淺拷貝方式
>>> a = [1,2,3]
>>> b = a.copy()
>>> id(a) == id(b)
false
>>> c = a[:]
>>> id(a) == id(c)
false

python變數是乙份記憶體的引用

變數賦值時，如果等號右側是個引用，則直接傳遞引用；如果等號右側是值，則新分配一塊記憶體。整型[-5, 256]和字串型別是特例，有快取小資料機制，不單獨分配記憶體。

可變與不可變資料型別的區別在於值變化時引用是否變化，即是否重新分配記憶體。可變型別包括列表、字典和集合；不可變型別包括數字、字串、元組。

對於列表、字典和集合，在賦值和傳參時一定要多加注意，防止同引用變數的修改造成錯誤，保險的做法是賦值時採用淺拷貝的方式。

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