Python碎片日记12——动态类型：变量&对象&引用、垃圾收集、缓存机制、循环引用、共享引用、拷贝方法（本文又称Python为什么这么强）

动态类型

动态类型是Python中很重要的概念，是Python灵活性和多态性的基础。
在Python中，类型并不需要提前进行声明，而是在运行中自动判定，这大大简化了编程的代码。
那么它是如何实现的呢？

变量&对象&引用

在Python中，变量是在赋值的时候才创建的。因此变量在使用之前必须先赋值。
当给一个变量赋值（对象）时，其内部是将对象引用给变量名：

• 变量：是一个系统表的元素，拥有指向对象的连接的空间。
• 对象：是分配的一块内存。
• 引用：是自动形成的从变量到对象的指针。（谁说Python里没有指针的？大骗纸！o(´^｀)o）
  从概念上讲，每次运行一个表达式，Python就创建一个新对象，并将对象和变量名通过引用连接起来。变量名不再像C语言中那样是和对象完全粘合在一起的（在c中，变量是一个不可改变的内存区域的标签），通过改变引用，变量名可以和任意对象连接起来，从代码角度看，即是变量可以任意改变类型。
  类型属于对象，而不是变量。

垃圾收集

Python的便捷性的另一个表现是它不需要手动清理变量内存，这是如何做到的呢？
Python的每个对象有着更复杂的结构，除了它的值，还有两个标准的头部信息：

• 类型标志符：用来标识这个对象的类型。对象记录了类型，变量就不需要另声明类型了。
• 引用的计数器：用来记录该对象被引用的次数。当引用的计数器变零，即说明该对象已经不被需要，系统会将此对象占用的空间自动回收（自动放在自由内存空间池，等待后来的对象使用）。这种技术叫做垃圾收集。
  想要查看一个对象被引用了多少次，可以使用sys块中的getrefcount()函数获得：

import sys
sys.getrefcount(1) #查看数字1被引用的次数

缓存机制

缓存机制是Python的一个优化措施。一些小的整数和字符串在编程中被使用的频率很高，如果不停地创建和回收会降低性能。为此，Python将这些对象放在缓存中（而不是真正的、新的内存块），这些对象创建之后可以被多次引用而不再被回收，提高了运行的效率。

循环引用

变量引用了对象，那么如果对象再包含了其他引用，就有可能造成循环引用。最简单的例子就是列表：

a = [1,2,3]
a.append(a)
a #结果为[1, 2, 3, [...]]

这里面列表变量a引用的对象里包含了本身，造成了循环引用，因此输出结果直接用[…]代替，因为这是无限循环的。（对于字典也会有相似效果）
Python的垃圾收集除了基于计数器，对于这种循环引用的对象也可以及时检测并回收。关于循环检测器的更多细节，可以查看Python库手册中的gc模块。

共享引用

当使用一个变量赋值给另一个变量时，就发生了共享引用。
那么，当a改变之后，b是否会改变呢？这就涉及到了之前日记中写的对象的不可变性了。

• 对于不可变类型：由于该类型是不可变的，当a重新赋值后，其指向的对象必然是另一个对象，结果如下：a与b指向两个不同对象，二者不再使用共享引用，因此是不会干扰的。
• 对于可变类型：由于对象是可变的，那么当a发生变化后（前提是在原对象基础上改变，比如列表加个元素这样的）它指向的对象还是原来的对象。a与b仍旧保持着原来共享引用的关系，共同引用着同一个对象。因此在a发生改变后，b也发生了改变。

a = [1,2,3]
b = a
a.append(4)
b #[1, 2, 3, 4]表面上b没有发生改变，但由于对a操作了，b也随之改变了

因此，对可变类型的共享引用操作时要格外小心。
那么，如何避免这种现象呢？我们可以copy一个可变对象，这样新旧变量就不再共享引用，而是引用了两个长得一样却不同的对象，就不会出现上面的干扰现象。

拷贝方法

copy的方法可以有：

• X.copy():使用该类型自带的复制方法。（这是浅拷贝）
• 切片：Y = X[:] （无条件切片是浅拷贝）
• 内置函数如list(L)
• 使用copy模块：

import copy
X = copy.copy(Y) #浅拷贝，只拷贝一层，对于深层嵌套，依旧是引用而非复制
X = copy.deepcopy(Y) #深拷贝，全部拷贝

X = L * 4 #此处的L是拷贝
X = [L] * 4 #此处的L是引用

此外，类型的不可变性也同样解释了前面提到的循环引用的问题，为什么列表、字典可以无限循环？因为列表、字典是可变的，可以在第二次赋值时引用自身（第一次是用来初始化），而第二次赋值后的对象还是原对象，最后造成无限循环。
如果是对于不可变的类型呢？按照推理，应该是简单的值改变而不再无限循环吧。。。hhh，我并没有找到不可变类型中可以实现类似的操作，比如元组本身是不能增删改的、集合虽然能添加新项但添加的内容受限并不能是set类型，所以都无法做到引用自身变量这种操作，于是我还没找到这种情况的实例用来验证。。。总之，不可变类型的引用是十分安全的（不然也不会用缓存机制允许一个对象被不受限制地引用）。