【六】Python中变量存储的方式

最新推荐文章于 2023-12-03 23:33:11 发布

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本文深入探讨Python中变量的存储机制与引用语义，对比C/C++的值语义，解析列表、元组等复杂数据类型在内存中的变化规律，以及简单数据类型赋值时的地址引用特性。

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在高级语言中，变量是对内存及其地址的抽象。

对于python而言，python的一切变量都是对象，变量的存储，采用了引用语义的方式，存储的只是一个变量的值所在的内存地址，而不是这个变量的只本身。

对于复杂的数据结构来说，里面的存储的也只只是每个元素的地址而已。

>>> list1=[1,2,3]
>>> id(list1)
2721526912520
>>> id(list1[0])
140705881350800
>>> id(list1[1])
140705881350832
>>> id(list1[2])
140705881350864

引用语义：在python中，变量保存的是对象(值)的引用，我们称为引用语义。采用这种方式，变量所需的存储空间大小一致，因为变量只是保存了一个引用。也被称为对象语义和指针语义。

值语义：有些语言采用的不是这种方式，它们把变量的值直接保存在变量的存储区里，这种方式被我们称为值语义，例如C语言，采用这种存储方式，每一个变量在内存中所占的空间就要根据变量实际的大小而定，无法固定下来。

一.Python数据存储与C、C++的不同

Python数据存储与C、C++大致分有以下三种不同：

各自支持的内建数据类型不同，此处可以在各自语言的入门课程中轻松查到，不一一列举了。
Python是动态类型的语言，而C, C++是静态类型。静态类型的变量需要在编译运行之前就显式声明其类型，而动态类型则不用。
变量与内存地址的关系不同，引用网上的解释：在C语言中，当编译器为变量分配一个空间时，当变量改变值时，改变的是这块空间中保存的值，在程序运行中，变量的地址就不能再发生改变了。Python不同，它的变量与C语言中的指针相似，当变量赋值时，编译器为数值开辟一块空间，而变量则指向这块空间，当变量改变值时，改变的并不是这块空间中保存的值，而是改变了变量指向的空间，使变量指向另一空间。

Python中：

a=2

b=a

a=3

该过程中的内存储存方式为：

先再内存中开栈存储2这个数据的空间
a指向数据为2的内存空间地址
b=a 此时b指向2的内存空间的地址
a=3 内存中开栈存储3这个数据的空间
此时a=3中，a重新指向数据为3的内存地址

总结：Python是动态语言，变量只是对象的引用

并在VC中作简单的测试：

int i=1;
int y=i;
i=2;

在调试过程中得知

int i=1; mov dword ptr [ebp-4],1 //可以看出当i=1赋值时候，在内存开栈，把1存入相应地址中

int y=i; mov eax,dword ptr [ebp-4] //此时先把内存地址中的数据赋值给累加器eax

mov dword ptr [ebp-8],eax //再把累加器中的数据赋值给y的地址中

i=2; mov dword ptr [ebp-4],2 //当i=2重新赋值的时候，就把2赋值给i原来的地址中

二.Python数据存储

1.数据类型重新初始化对python语义引用的影响

在python中，变量保存的是对象(值)的引用，我们称为引用语义。采用这种方式，变量所需的存储空间大小一致，因为变量只是保存了一个引用。也被称为对象语义和指针语义。

变量的每一次初始化，都开辟了一个新的空间，将新内容的地址赋值给变量。id()函数可以获取变量在内存中的地址。我们把不同的值赋给变量时候，地址发生变化，相同的值地址不发生变化。

>>> str='hello'
>>> str1='hello'
>>> id(str1)
2263417981168
>>> str1='hello'
>>> id(str1)
2263417981168
>>> str1='hello world'
>>> id(str1)
2263417969840

2. 数据结构内部元素变化重对python语义引用的影响

对于复杂的数据类型，列表，元组，字典等，当对列表中的元素进行一些增删改的操作的时候，是不会影响到list1列表本身对于整个列表地址的，只会改变其内部元素的地址引用。

可是当我们对于一个列表重新初始化(赋值)的时候，就给list1这个变量重新赋予了一个地址，覆盖了原本列表的地址，这个时候，list1列表的内存id就发生了改变。

（我的理解：重新赋值时，原来占用的内存同时也被释放了，然后又重新开辟了新的内存。）

>>> list1=[1,2,'b']
>>> id(list)
140705880874288
>>> list1.remove(1)
>>> list1
[2, 'b']
>>> id(list)
140705880874288
>>> list1=[4,5]
>>> id(list1)
2263417969288
>>> list1=[2, 'b']
>>> id(list1)
2263417836744

3. 简单数据类型的赋值

简单数据类型如字符串的赋值，将一个变量赋值给另一个变量，两个变量同时指向了一个地址，重新赋值其中一个，这个变量会指向新的地址，另一个不会变化。

>>> str1='abc'
>>> str2=str1
>>> id(str1)
2263417414912
>>> id(str2)
2263417414912
>>> str1='abcd'
>>> id(str1)
2263417981448
>>> id(str2)
2263417414912

4. 复杂数据类型的赋值

复杂数据类型如字符串的赋值，将一个变量赋值给另一个变量，两个变量同时指向了一个地址，重新赋值其中一个，这个变量会指向新的地址，另一个不会变化。

但是如果只是其中一个增删改数据，两个变量指向地址不会变化，并且都会受到影响。

>>> list1=[1,2]
>>> list2=list1
>>> id(list1)
2721525097160
>>> id(list2)
2721525097160
>>> list1.remove(1)
>>> list1
[2]
>>> list2
[2]
>>> id(list1)
2721525097160
>>> id(list2)
2721525097160
>>> list1=[7,8]
>>> id(list1)
2721526252040
>>> id(list2)
2721525097160

教材中的一个例子：