Python 解惑:整数比较

在 Python 中一切都是对象,毫无例外整数也是对象,对象之间比较是否相等可以用==,也可以用is==is操作的区别是:

  • is比较的是两个对象的id值是否相等,也就是比较俩对象是否为同一个实例对象,是否指向同一个内存地址。
  • ==比较的是两个对象的内容是否相等,默认会调用对象的__eq__()方法。

清楚is==的区别之后,对此也许你有可能会遇到下面的这些困惑,于是就有了这样一篇文章,试图把Python中一些隐晦的东西趴出来,希望对你有一定的帮助。我们先来看两段代码:

片段一:

片段二:

在交互式命令行执行上面两段代码,代码片段一中的a==b返回True很好理解,因为两个对象的值都是256,对于片段二,a is b也返回True,这说明a和b是指向同一个对象的,可以检查一下他们的id值是否相等:

结果证明他俩的确是同一个对象,指向的是同一个内存地址。那是不是所有的整数对象只要两个对象的值(内容)相等,它们就是同一个实例对象呢?换句话说,对于整数对象只要==返回Trueis操作也会返回True吗?带着这个问题来看下面这两段代码:

片段一:

片段二:

对于257,a is b返回的竟然是False,结果可能在你的意料之中,也有可能出乎你的意料,但不管怎么,我们还是要刨根问底,找出问题的真相。

解惑一

出于对性能的考虑,Python内部做了很多的优化工作,对于整数对象,Python把一些频繁使用的整数对象缓存起来,保存到一个叫small_ints的链表中,在Python的整个生命周期内,任何需要引用这些整数对象的地方,都不再重新创建新的对象,而是直接引用缓存中的对象。Python把这些可能频繁使用的整数对象规定在范围[-5, 256]之间的小对象放在small_ints中,但凡是需要用些小整数时,就从这里面取,不再去临时创建新的对象。因为257不再小整数范围内,因此尽管a和b的值是一样,但是他们在Python内部却是以两个独立的对象存在的,各自为政,互不干涉。


弄明白第一个问题后,我们继续在Python交互式命令行中写一个函数,再来看下面这段代码:

片段一:

呃,什么情况,是的,你没看错,片段一中的这段代码 a、b 值都是257的情况下,出现了a is b返回True,而a is c 返回的False,a、b、c的值都为257,为什么会出现不同的结果呢?这对于刚刚好不容易建立起来的认知就被彻底否决了吗,那这段代码中究竟发生了什么?难道解惑一中的结论是错误的吗?

解惑二

A Python program is constructed from code blocks. A block is a piece of Python program text that is executed as a unit. The following are blocks: a module, a function body, and a class definition. Each command typed interactively is a block. A script file (a file given as standard input to the interpreter or specified as a command line argument to the interpreter) is a code block. A script command (a command specified on the interpreter command line with the ‘-c‘ option) is a code block. structure-of-a-program

为了弄清楚这个问题,我们有必要先理解程序代码块的概念。Python程序由代码块构成,代码块作为程序的一个最小基本单位来执行。一个模块文件、一个函数体、一个类、交互式命令中的单行代码都叫做一个代码块。在上面这段代码中,由两个代码块构成,c = 257作为一个代码块,函数foo作为另外一个代码块。Python内部为了将性能进一步的提高,凡是在一个代码块中创建的整数对象,如果存在一个值与其相同的对象于该代码块中了,那么就直接引用,否则创建一个新的对象出来。Python出于对性能的考虑,但凡是不可变对象,在同一个代码块中的对象,只有是值相同的对象,就不会重复创建,而是直接引用已经存在的对象。因此,不仅是整数对象,还有字符串对象也遵循同样的原则。所以 a is b就理所当然的返回True了,而ca不在同一个代码块中,因此在Python内部创建了两个值都是257的对象。为了验证刚刚的结论,我们可以借用dis模块从字节码的角度来看看这段代码。

可以看出两个257都是从常量池的同一个位置co_consts[1]获取的。

总结

一番长篇大论之后,得出两点结论:1、小整数对象[-5,256]是全局解释器范围内被重复使用,永远不会被GC回收。2、同一个代码块中的不可变对象,只要值是相等的就不会重复创建新的对象。似乎这些知识点对日常的工作一点忙也帮不上,因为你根本不会用is来比较两个整数对象的值是否相等。那为什么还要拿出来讨论呢?嗯,程序员学知识,不应该浅尝辄止,要充分发挥死磕到底的精神。

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