Python 对象引用、可变性和垃圾回收

变量不是盒子

在示例所示的交互式控制台中,无法使用“变量是盒子”做解释。图说明了在 Python 中为什么不能使用盒子比喻,而便利贴则指出了变量的正确工作方式。

变量 a 和 b 引用同一个列表,而不是那个列表的副本

如果把变量想象为盒子,那么无法解释 Python 中的赋值;应该把变量视作便利贴,这样示例中的行为就好解释了

 

 注意:

对引用式变量来说,说把变量分配给对象更合理,反过来说就有问题。毕竟,对象在赋值之前就创建了

 

标识、相等性和别名

  Lewis Carroll 是 Charles Lutwidge Dodgson 教授的笔名。Carroll 先生指的就是 Dodgson 教授,二者是同一个人。? 用 Python 表达了这个概念。

charles 和 lewis 指代同一个对象

然而,假如有冒充者(姑且叫他 Alexander Pedachenko 博士)生于 1832年,声称他是 Charles L. Dodgson。这个冒充者的证件可能一样,但是Pedachenko 博士不是 Dodgson 教授。这种情况如图

charles 和 lewis 绑定同一个对象,alex 绑定另一个具有相同内容的对象

alex 与 charles 比较的结果是相等,但 alex 不是charles

alex 指代的对象与赋值给 lewis 的对象内容一样,比较两个对象,结果相等,这是因为 dict 类的 __eq__ 方法就是这样实现的,但它们是不同的对象。这是 Python 说明标识不同的方式:a is notb。

示例体现了别名。在那段代码中,lewis 和 charles 是别名,即两个变量绑定同一个对象。而 alex 不是 charles 的别名,因为二者绑定的是不同的对象。alex 和 charles 绑定的对象具有相同的值(== 比较的就是值),但是它们的标识不同。

在==和is之间选择

  == 运算符比较两个对象的值(对象中保存的数据),而 is 比较对象的标识。通常,我们关注的是值,而不是标识,因此 Python 代码中 == 出现的频率比 is 高。然而,在变量和单例值之间比较时,应该使用 is。目前,最常使用 is检查变量绑定的值是不是 None。下面是推荐的写法:

否定的写法

元组的相对不可变性

元组与多数 Python 集合(列表、字典、集,等等)一样,保存的是对象的引用。 如果引用的元素是可变的,即便元组本身不可变,元素依然可变。也就是说,元组的不可变性其实是指 tuple 数据结构的物理内容(即保存的引用)不可变,与引用的对象无关。

?  表明,元组的值会随着引用的可变对象的变化而变。元组中不可变的是元素的标识。

 

默认做浅复制

复制列表(或多数内置的可变集合)最简单的方式是使用内置的类型构造方法。例如:

为一个包含另一个列表的列表做浅复制;把这段代码复制粘贴到 Python Tutor (http://www.pythontutor.com)网站中,看看动画效果

l2 是 l1 的浅复制副本

为任意对象做深复制和浅复制

浅复制没什么问题,但有时我们需要的是深复制(即副本不共享内部对象的引用)。copy 模块提供的 deepcopy 和 copy 函数能为任意对象做深复制和浅复制。

?  校车乘客在途中上车和下车

我们将创建一个 Bus 实例(bus1)和两个副本,一个是浅复制副本(bus2),另一个是深复制副本(bus3),看看在 bus1 有学生下车后会发生什么。

以上代码执行的结果为:

循环引用:b 引用 a,然后追加到 a 中;deepcopy 会想办法复制 a

 

函数的参数作为引用时

Python 唯一支持的参数传递模式是共享传参(call by sharing)。多数面向对象语言都采用这一模式,包括 Ruby、Smalltalk 和 Java(Java 的引用类型是这样,基本类型按值传参)。共享传参指函数的各个形式参数获得实参中各个引用的副本。也就是说,函数内部的形参是实参的别名。

函数可能会修改接收到的任何可变对象

数字x没有变化,列表a变了,元祖t没变化

不要使用可变类型作为参数的默认值

可选参数可以有默认值,这是 Python 函数定义的一个很棒的特性,这样我们的 API 在进化的同时能保证向后兼容。然而,我们应该避免使用可变的对象作为参数的默认值。

一个简单的类,说明可变默认值的危险

以上代码执行的结果为:

实例化 HauntedBus 时,如果传入乘客,会按预期运作。但是不为 HauntedBus 指定乘客的话,奇怪的事就发生了,这是因为 self.passengers 变成了 passengers 参数默认值的别名。出现这个问题的根源是,默认值在定义函数时计算(通常在加载模块时),因此默认值变成了函数对象的属性。因此,如果默认值是可变对象,而且修改了它的值,那么后续的函数调用都会受到影响。

防御可变参数

如果定义的函数接收可变参数,应该谨慎考虑调用方是否期望修改传入的参数。

例如,如果函数接收一个字典,而且在处理的过程中要修改它,那么这个副作用要不要体现到函数外部?具体情况具体分析。这其实需要函数的编写者和调用方达成共识。

TwilightBus 实例与客户共享乘客列表,这会产生意料之外的结果。在分析实现之前,我们先从客户的角度看看 TwilightBus 类是如何工作的。

? 从 TwilightBus 下车后,乘客消失了

以上代码执行的结果为:

解决方案,不直接引用外部的basketball_team,而是在内部创建一个副本,类似于下面的这种 ?

c是a的副本,不会因为本身列表的变化而受影响,在上面的 ? 中,只需要在构造函数中创建一个副本即可(self.passengers=list(passengers))

 

del和垃圾回收

del 语句删除名称,而不是对象。del 命令可能会导致对象被当作垃圾回收,但是仅当删除的变量保存的是对象的最后一个引用,或者无法得到对象时。 重新绑定也可能会导致对象的引用数量归零,导致对象被销毁。

弱引用

正是因为有引用,对象才会在内存中存在。当对象的引用数量归零后,垃圾回收程序会把对象销毁。但是,有时需要引用对象,而不让对象存在的时间超过所需时间。这经常用在缓存中。

弱引用不会增加对象的引用数量。引用的目标对象称为所指对象(referent)。因此我们说,弱引用不会妨碍所指对象被当作垃圾回收。

? 弱引用是可调用的对象,返回的是被引用的对象;如果所指对象不存在了,返回 None

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