Python中小整數對象池和字符串intern的示例分析

這篇文章將為大家詳細講解有關Python中小整數對象池和字符串intern的示例分析，小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

is用于判斷兩個對象是否為同一個對象，具體來說是兩個對象在內存中的位置是否相同。

python為了提高效率，節省內存，在實現上大量使用了緩沖池技術和字符串intern技術。

整數和字符串是不可變對象，也就意味著可以用來共享，如100個“python”字串變量可以共享一個“python”字符串對象，而不是創建100個“python”字符串。

小整數對象池

為了應對小整數的頻繁使用，python使用對小整數進行了緩存，默認范圍為[-5,256]，在這個范圍內的所有整數被python完全地緩存，當有變量使用這些小整數時，增加對應小整數對象的引用即可。

>>> i = -5
>>> j = -5
>>> i is j # i和j是同一個對象
True
>>> i = 256
>>> j = 256
>>> i is j # i和j是同一個對象
True
>>> i = 257
>>> j = 257
>>> i is j # i和j是不同對象
False

由上面的實例可以看到，當變量在[-5,256]之間時，兩個值相同的變量事實上會引用到同一個小整數對象上，也就是小整數對象池中的對象，而不會去創建兩個對象。而當變量超出了這個范圍，兩個值相同的變量也會各自創建整數對象，所以兩者對應的對象不同。

字符串intern

如果當前變量引用的字符串對象已經存在的話，直接增加對應字符串對象的引用，而不去創建新的字符串對象，這就是字符串intern機制。

 >>> i = "12"
 >>> j = "12"
 >>> i is j
 True

在詳細探討字符串intern機制之前，先看一個奇怪的問題：

 >>> i = "1 2"
 >>> j = "1 2"
 >>> i is j
 False

 i = "1 2"
 j = "1 2"
 print(i is j)

輸出結果

 True

上述代碼分開運行，結果為False，但是合在一起結果卻為True，也就是說分開運行的時候，i，j指向不同對象，而合在一起的時候i，j卻指向了相同對象。為了明白其中的緣由，需要簡單理解python的編譯機制。

編譯機制

在python中，萬物皆對象，包括代碼本身也是一種對象。python用code對象表示代碼，代碼編譯后產生code對象。通常一個作用域對應一個code對象。

i = "1 2"
j = "1 2"
print(i is j)

def f():
  pass

編譯結果

2 0 LOAD_CONST 0 ('1 2')
2 STORE_NAME 0 (i)

3 4 LOAD_CONST 0 ('1 2')
6 STORE_NAME 1 (j)

5 8 LOAD_CONST 1 (<code object f at 0x00000200F257CF60, file "small_int.py", line 5>)
10 LOAD_CONST 2 ('f')
12 MAKE_FUNCTION 0
14 STORE_NAME 2 (f)
16 LOAD_CONST 3 (None)
18 RETURN_VALUE

Disassembly of <code object f at 0x00000200F257CF60, file "small_int.py", line 5>:
6 0 LOAD_CONST 0 (None)
2 RETURN_VALUE

上述代碼中編譯生成了兩個code對象，一個代表全局作用域，另一個代表函數f。

code對象保存了變量，常量（常量字面量）以及編譯結果。code對象用常量表來保存常量，考慮到一個常量可能出現多次，在一張表上保存一個常量多次太過于奢侈。所以code對象對每個常量只保存一次，在需要引用它的地方使用它在常量表的位置作為常量的表示。在上述編譯結果中可以看到，"1 2"這個字符串常量使用了兩次，編譯的代碼為"LOAD_CONST 0"，這里的0就是"1 2"在常量表當中的位置。

由于編譯的這個特性，在同一個code對象中的變量，如果它們引用了同一個常量，那么無論這個常量有沒有緩沖機制，它們引用的都是同一個對象。

a = "12"
b = "12"
c = "1 2"
d = "1 2"
e = 257
f = 257
g = 2424234234234234
h = 2424234234234234
print(a is b, c is d, e is f, g is h)

輸出結果

 True True True True

這個例子說明，在同一個code對象當中，常量（字面量）僅一份，這與緩沖機制無關，是編譯特性。所以對于上述那個奇怪的問題就可以解釋了，當i，j在同一個code對象（同一個作用域）中引用常量"1 2"，它們引用的都是同一個對象。而當在python命令行中分開執行時，對于每一條語句，都是一個單獨的code對象，這時起作用的是字符串intern機制，上述運行結果說明，字符串intern機制對"12"進行了intern，而對"1 2"沒有進行intern。

編譯機制與小整數對象池對比

i = 257
j = 257
a = i - 1
b = i - 1
c = i + 1
d = i + 1
print(i is j, a is b, c is d)

輸出結果

 True True False


i和j引用同一個常量，這是編譯機制，所以i與j指向同一個整數對象，后面a和b雖然相等，但不引用常量，此時啟用小整數對象池，a,b都等于256，在對象池中，所以a，b引用同一個對象，后面c，d不在對象池中，所以兩者對象不同。

這里有一點需要注意，沒有變量參與的運算會被編譯器直接優化成對應的常量，進而保存進常量表中。

字符串intern機制與字符緩沖池
在編譯過程中，字符串intern機制將所有的變量名進行intern，但對常量進行的intern有一點特殊的限制。能夠intern的常量必須只包含[a-zA-Z0-9_]，即字母數字加下劃線，如果含有其他字符，就不會intern。在運行過程中，通過計算得到的字符串不會intern。

字符串有一個和小整數對象池相似的字符緩沖池，用于在運行過程中緩存單個字符，所以計算得到的字符串雖然不會intern，但如果是單個字符，就會使用到字符緩沖池。

k = "bbb"
a = k[0]
b = k[0]
c = k[1:]
d = k[1:]
print(a, d)
print(a is b, c is d)

輸出結果

 b bb
 True False

可以看到，a和b確實指向同一個對象，而c和d指向不同對象，這就是字符緩沖池。

編譯機制與字符串intern對比

i = "1 2"
j = "12"
k = "__fjdslfjaskfas"

ii = "1 2"
jj = "12"
kk = "__fjdslfjaskfas"

def f():
  a = "1 2"
  b = "12"
  c = "__fjdslfjaskfas"
  return a is i, b is j, c is k

print("Code:", i is ii, j is jj, k is kk)
print(f"intern: {f()}")

輸出結果

 Code: True True True
 intern: (False, True, True)

i包含空格，包含空格的常量不會被intern，而其他兩個常量不包含其他字符，所以會被intern。

總結

1. python代碼被編譯成code對象，通常一個code對象對應于一個作用域，作用域中重復出現的變量名以及常量在code中只保存一次。

2. 字符串intern機制主要作用于編譯過程，在編譯收集完變量和常量時，對變量和常量進行intern，而后構建一個code對象。

3. 字符串intern對常量的intern有限制，能夠intern的常量必須只包含[a-zA-Z0-9_]，即字母數字加下劃線，如果含有其他字符，就不會intern。

4. 小整數對象池和字符緩沖池都是作用于運行過程中，python緩存小的整數和字符，當有變量使用這些對象時，不用額外創建對象。

Python的優點有哪些

1、簡單易用，與C/C++、Java、C# 等傳統語言相比，Python對代碼格式的要求沒有那么嚴格；2、Python屬于開源的，所有人都可以看到源代碼，并且可以被移植在許多平臺上使用；3、Python面向對象，能夠支持面向過程編程,也支持面向對象編程；4、Python是一種解釋性語言，Python寫的程序不需要編譯成二進制代碼，可以直接從源代碼運行程序；5、Python功能強大，擁有的模塊眾多，基本能夠實現所有的常見功能。

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