python中 True,False占几个字节?

本文探讨了Python中sys.getsizeof函数的应用,对比了Python布尔值和numpy数组在内存占用上的区别,发现numpy对布尔值进行了优化,仅占用1字节。

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背景:在做数据预处理,需要知道数据占用空间情况,并且尽可能减少占用的空间。
 
sys.getsizeof函数,可以查看python对象内存占用情况,单位字节(byte)。
 
借助sys.getsizeof函数,得到:

  • 在python中,True,False占8个字节;

  • 使用numpy时,可能numpy对其做了优化,只占用1个字节。

import sys
import numpy as np

a = [False, True]
print(sys.getsizeof(a))  # 80
a = [False, True, False]
print(sys.getsizeof(a))  # 88
# 88 - 80 = 8

b = np.array([False, True])
print(sys.getsizeof(b))  # 98
b = np.array([False, True, False])
print(sys.getsizeof(b))  # 99
# 99 - 98 = 1
<think>我们正在讨论数字在计算机中用的字节数。这个问题需要根据数字的类型(整数、浮点数)和具体表示方式(如不同精度的整数、不同精度的浮点数)来详细说明。另外,数字的存储大小还取决于编程语言和计算机体系结构(如32位或64位系统),但有一些通用标准(如IEEE 754标准对浮点数的规定)。 我将从以下几个方面进行说明: 1. 整数类型(包括不同位数的整数) 2. 浮点数类型(单精度、双精度等) 3. 其他数字类型(如布尔型、字符型) 4. 不同编程语言中的差异(简要提及) 5. 内存对齐的影响 注意:在计算机中,1字节(Byte)等于8位(bit)。 一、整数类型 整数类型通常根据其表示范围分为不同的大小,常见的整数类型有: - 8位整数:用1字节,表示范围:有符号整数(-128~127),无符号整数(0~255) - 16位整数:用2字节,表示范围:有符号整数(-32768~32767),无符号整数(0~65535) - 32位整数:用4字节,表示范围:有符号整数(-2^31 ~ 2^31-1),无符号整数(0~2^32-1) - 64位整数:用8字节,表示范围:有符号整数(-2^63 ~ 2^63-1),无符号整数(0~2^64-1) 二、浮点数类型 浮点数遵循IEEE 754标准: - 单精度浮点数(float):用4字节(32位),其中1位符号位,8位指数位,23位尾数位。大约有7位有效数字。 - 双精度浮点数(double):用8字节(64位),其中1位符号位,11位指数位,52位尾数位。大约有15~17位有效数字。 三、其他数字类型 - 布尔型(boolean):在理论上只需要1位,但通常用1字节(因为计算机按字节编址,单独访问位效率低),但在某些语言或数据结构中(如位域或布尔数组)可能进行优化。 - 字符型(char):在C/C++中,char类型用1字节(8位),可以表示ASCII字符。在Java和C#中,char类型用2字节(16位),用于表示Unicode字符(UTF-16编码)。 四、不同编程语言中的差异 不同编程语言对数字类型的定义可能不同,例如: - 在C/C++中,整数类型有明确的大小(如int至少16位,但通常为32位;long在32位系统为4字节,64位系统为8字节等)。为了可移植性,C99引入了stdint.h,提供了int8_t, int16_t, int32_t, int64_t等固定大小的整数类型。 - 在Java中,整数类型的大小是固定的(int为4字节,long为8字节),与平台无关。 - 在Python中,整数类型(int)是动态的,可以表示任意大的整数(超出系统整数范围时自动转换为大整数),因此其用的内存会随着数值的大小而变化。小整数(通常在[-5, 256])会被缓存,而大整数则按需分配内存(每个大整数对象除了值本身外,还有额外的元数据开销)。 五、内存对齐的影响 实际上,一个数字在内存中用的字节数可能并不完全等于其类型大小,因为内存对齐(alignment)可能会增加填充字节。例如,在一个结构体中,一个char(1字节)和一个int(4字节)放在一起,可能会在char后面填充3个字节,使得int对齐到4字节边界,以提高访问速度。 示例(在64位系统中): ```c struct example { char c; // 1字节 // 填充3字节 int i; // 4字节 }; // 整个结构体大小为8字节(1+3+4) ``` 总结: 数字在计算机中用的字节数取决于其数据类型和具体实现。通常: - 整数:1、2、4、8字节(常见) - 浮点数:4字节(单精度)、8字节(双精度) - 布尔值:通常1字节(但有时可以优化) - 字符:1或2字节 在编程时,如果需要确切知道某种类型的大小,可以使用语言提供的运算符或函数(如C/C++中的sizeof,Java中的包装类的SIZE常量等)来获取。 相关问题: 1. 不同整数类型在内存中是如何存储的(原码、反码、补码)? 2. IEEE 754浮点数标准的具体细节是什么? 3. 如何在不同编程语言中获取数据类型的大小? 4. 内存对齐的原理及其对程序性能的影响?</think>在计算机系统中,数字用的字节数取决于**数据类型**、**编程语言**和**系统架构**。以下是主要分类及典型用情况: ### 一、基础数据类型字节数 | 数据类型 | 典型字节数 | 表示范围/精度 | 适用场景 | |----------------|------------|-----------------------------------|-----------------------| | **整数类型** | | | | | `byte`/`char` | 1 字节 | -128~127 或 0~255 | 小范围整数、ASCII字符 | | `short` | 2 字节 | -32,768~32,767 | 中等范围整数 | | `int` | 4 字节 | $-2^{31}$ ~ $2^{31}-1$ | 通用整数存储 | | `long` | 8 字节 | $-2^{63}$ ~ $2^{63}-1$ | 大整数存储 | | **浮点类型** | | | | | `float` | 4 字节 | 约6-7位有效数字(IEEE 754单精度) | 通用浮点数 | | `double` | 8 字节 | 约15-16位有效数字(IEEE 754双精度)| 高精度计算 | | **其他类型** | | | | | `boolean` | 1 字节* | true/false | 逻辑判断 | | 指针类型 | 4或8字节 | 内存地址 | 32/64位系统 | > *注:布尔类型实际最小需1位,但内存按字节分配,通常1字节。某些语言(如Java)会优化为4字节对齐。 ### 二、关键影响因素 1. **编程语言差异**: - C/C++:`int`严格为4字节(32位系统) - Python:整数动态扩展(小整数用4字节,大整数用变长存储) ```python import sys sys.getsizeof(42) # 输出28字节Python对象开销) sys.getsizeof(10**100) # 输出80字节(大整数) ``` 2. **系统架构**: - 32位系统:指针4字节 - 64位系统:指针8字节 3. **内存对齐**: 结构体可能因对齐增加填充字节: ```c struct Example { // 总用12字节(非8字节) char c; // 1字节 + 3填充 int i; // 4字节 short s; // 2字节 + 2填充 }; ``` ### 三、特殊数值类型 1. **大整数(BigInt)**: - 动态用空间(如Java的`BigInteger`) - 存储公式:$字节数 \approx \lceil \frac{\log_2(n)}{8} \rceil + 元数据$ 2. **十进制浮点**: - 金融计算专用(如C#的`decimal`) - 用16字节,精确表示28-29位小数 ### 四、验证字节数的方法 - C/C++:`sizeof(int)` - Java:`Integer.BYTES` - Python:`import sys; sys.getsizeof(变量)` > **总结规律**: > 基础数字类型通常用 **1、2、4、8字节**,具体取决于类型和场景。浮点数精度与字节数成正比,整数范围满足$范围 \propto 2^{8n}$(n为字节数)[^1]。
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