流畅的python笔记（八）对象引用、可变性和垃圾回收

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原创最新推荐文章于 2026-05-20 00:00:00 发布 491 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

【python】变量和对象在Python中，对象和变量是两个核心概念，但它们之间的关系和在其他一些编程语言中可能有所不同。Python中的一切都是对象，但变量并不是“盒子”或“容器”来存放这些对象，而是对象的“标签”或“引用”。敲黑板：Python中的一切都是对象。阅读详情

一、变量不是盒子

python中变量不是盒子，而是盒子上贴的标签。对象才是盒子。对象一般是指一块存储空间，变量是对象上贴的标签，一个对象可以贴好多个标签，即可以对应很多个变量名。如下例子，把变量a和b分配给了同一个列表对象，类似于C++中的引用概念，python中的变量的本质都是C++中的引用。

因为对象在右边，总是先于变量创建，因此正确说法是把某变量分配给某对象，而不是反过来。

二、标识、相等性和别名

对象的标识、类型和值

每个对象都有标识、类型和值。

对象标识，一经对象创建，在对象的生命周期中标识就不会再改变。id()函数返回对象标识的整数表示。
类型，对象对应的类型。
值，两个对象的值可能一样，但是这还是两个不同的对象，因为其标识不同。

== 和 is的不同

== 运算符比较两个对象的值，而 is 比较对象的标识。

一个特殊的例子，最常使用is检查变量绑定的值是不是None。

is运算符比 == 速度快，因为is不能重载，因此python不用寻找并调用特殊方法。
而 a == b 是语法糖，等价于 a.__eq__(b)，即调用魔术方法比较a与b。
继承自object的最原始的__eq__方法等价于is，是直接比较id的，但是很多类型都重写了__eq__方法，去考虑值的相等性。

元组的相对不可变性

元组里保存的是元素的引用，但如果引用的元素是可变的，即便元组本身不可变，其元素也依然可以变化。即元组中不可变的是元素的标识，而不是元素的值。

三、默认做浅拷贝

浅拷贝

我们知道python中的变量不是盒子，二是标签，那么当我们要复制一个列表的时候，如果直接用

l2 = l1 则相当于l2和l1是别名，两个对应同一个对象。要复制列表最简单的方式是使用其构造函数。如下面例子中，l1 和 l2的值相同，但是是两个不同的对象。

对于列表和其它可变序列来说，还可以使用 l2 = l1[ : ] 来创建副本。

l1 = [1, 2, 3]
l2 = l1[:] # l2 = list(l1)得到的结果相同
print(l1 == l2)
print(l1 is l2)
print(l1[0] is l2[0])

根据实验结果可看出，用 l2 = l1[:] 创建副本时 l2与l1确实是不同的对象，但是由于列表对象中的元素是引用，而l2直接复制了l1中的引用，因此l1和l2中元素对应的是相同的对象。若所有元素不可变，这样做没有问题且可以节省内存，但如果有可变的元素则这样不对。

综上，用构造方法或者[ : ]创建副本时做的都是浅拷贝。即只复制了外壳，副本中的元素都是源容器中元素的引用。

接下来一个例子，对一个包含一个列表和一个元组的列表做浅拷贝。

l2是l1的浅拷贝副本、
给l1列表加一个元素，100，此时不会影响到l2
给l1列表的第1个元素（即列表[66, 55, 44]）移除元素55，因为l2中的元素是l1中元素的引用，因此此操作会影响到l2
给l2的第1个元素拼接上[33, 22]（可变对象+=是原地操作），同理，l2中与l1中元素互为别名，因此会影响到l1
给l2的第2个元素拼接上（10， 11）（不可变对象+=会创建一个新对象绑定给原变量），因为元组不可变，因此拼接之后l2中对应位置的元组变成了一个新的元组对象（7，8，9，10，11），但是l1中不会改变，此时l1与l2中对应位置已经是不同的元组对象了。

上述例子输出如下，符合预期。

深拷贝

深拷贝即副本不共享内部对象的引用。

不管浅拷贝还是深拷贝，拷贝之后的副本与原对象肯定是不同的对象，即标识不同，但是浅拷贝中副本与原对象共享内部元素的引用。copy模块提供的deepcopy和copy函数能为任意对象深拷贝和浅拷贝。下面例子展示deepcopy和copy的用法。

from copy import deepcopy, copy

class Bus:
    
    def __init__(self, passengers=None): # 这里用None不用[]是有原因的，看下边讲解
        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)

bus1 = Bus(['Alice', 'Bill', 'Claire', 'David'])
bus2 = copy(bus1)
bus3 = deepcopy(bus1)
print("three buses' ids: ", id(bus1), id(bus2), id(bus3))

bus1.drop('Bill')
print('bus1: ', bus1.passengers)
print('bus2: ', bus2.passengers)
print('bus3: ', bus3.passengers)

print("three buses' passengers' ids: ", id(bus1.passengers),id(bus2.passengers),id(bus3.passengers))

通过特殊方法__copy__()和__deepcopy__()可以控制copy和deepcopy的行为。

含有循环引用的拷贝问题不做讨论。

四、函数的参数作为引用

python函数默认引用传参

C里边默认的传参方式是值传递，而python里边默认的传参方式是引用传递，即形参是实参的别名，因此如果传入的实参是可变对象，则函数体内可能会改变实参。如下例子所示，传入不可变对象时是改变不了实参的，因为 a += b，实际上a已经分配给一个新的对象了，因此不会改变实参。

不要使用可变类型作为参数默认值

函数的有些参数可以设置缺省/默认值，但是这个值不能用可变类型。

上边例子中把HauntedBus类的构造函数中passengers的默认值由None改成了空列表[ ]。带来的改变是某个HauntedBus类的对象的self.passengers属性是__init__函数的参数passengers的别名，而默认情况下，如果在构造的时候没有传参，即默认构造时，passengers时空列表[ ] 的别名。而空列表[ ] 这个时候已经变成了函数__init__的一个属性（python中函数是一等对象，因此空列表[ ]是函数对象__init__的属性这点不难理解。

因此，当我们构造bus1时，因为传参构造，所以passengers是传入参数的别名，而非函数对象__init__的属性空列表[ ] 的别名，因此正常运行，不会有错。

但是当我们构造bus2时，因为是默认构造，因此bus2的self.passengers实际上是函数对象__init__的属性空列表 [ ] 的别名，因此对于bus2的self.passengers属性的一切操作都是反应到函数对象__init__的属性上，因此当我们默认构造bus3的时候，实际上这个时候默认的passengers已经不是空列表了，而且bus2和bus3的self.passengers属性是同一个列表对象的别名（这个列表对象即为构造函数中的默认列表参数）。

防御可变参数

如果定义的函数接收可变参数，需要谨慎考虑是否修改传入的参数。

还是这个校车类，下面例子中我们传入实参basketball_team，然后经过校车类对象处理后影响到了实参，如果要避免影响到实参，在构造函数中应该给对象的self.passengers属性分配实参的一个副本，而不应该直接跟实参绑定。

改造方案如下：

五、del和垃圾回收

del只会删除对象的引用，而不会删除对象，但删除对象的引用可能会导致对象被删除。

python对象被删除有两种情况：

某个对象的引用计数为零
一组对象之间全是相互引用，导致组中对象不可获取

两种情况可以归结于同一种情况，即这个对象不可获取了，那么就会被当作垃圾回收。

weakref.finalize用函数bye来监视被s1绑定的对象，如果该对象被回收，则bye就会被调用，其返回值ender可以看s1绑定对象的状态，一开始的时候肯定是或者的，即 alive == True，当我们用del删除s1的时候，bye并没有被调用，因此对象没有被删除，这是因为对象还有一个引用s2，引用计数并不等于0。但是当我们将s2指向其他对象（即‘spam’）的时候，原先的对象就不可获取了，因此会被回收，也因此bye函数被调用的，而ender.alive也变成False。

有一点问题是，我们在ender = weakref.finalize中把s1引用传给了finalize函数了，为了监控对象{1， 2，3}和调用回调，理论上是必须要引用{1，2，3}的，那么为什么最终{1，2，3}被销毁了呢？这是因为finalize持有{1，2，3}的弱引用。

六、弱引用

弱引用可调用，返回所指对象

首先有一点注意，python控制台会自动把 _ 变量绑定到结果不为None的表达式结果上，因此可能会隐式地增加了新的引用。

创建一个弱引用
弱引用是可调用对象，返回值即被引用的对象，需要注意的是因为控制台输出了{0，1}，因给其此增加了一个新的引用，即 _
将a_set不再引用{0，1}集合，引用数量减少了
调用wref()仍然能返回{0，1}，这是因为调用的时候其还有一个引用 _，
但是当调用wref完成后，控制台输出False，_就绑定到了False上，因此{0，1}被回收。
上一步{0，1}已被回收，因此这里弱引用为None，弱引用不会妨碍所指对象被当作垃圾回收

weakref.ref类是低级接口，不要直接使用，应该使用weakref集合（WeakKeyDictionary、WeakValueDictionary、WeakSet）和finalize。

WeakValueDictionary

实现一种可变映射，键是对象的某种可散列的属性，值值对象的弱引用。如果对象被回收，则对应的键会从WeakValueDictionary中删除。

stock是WeakValueDictionary实例
stock把cheese对象中属性，即奶酪的名称映射到cheese对象的弱引用上
stock中的所有键，即不同奶酪的名称，此时一共四个
删除catalog，即cheese对象的列表名称后，stock大多数奶酪都不见了，但是还剩下了一个Parmesan，为什么？原因是在for cheese in catalog这一语句中，cheese是一个全局变量，因此其最后一次循环引用了Parmesan，因此del catalog后，前三个奶酪引用计数都归零，只有Parmesan引用计数为1。