当 python 添加小整数时，幕后会发生啥？ [复制]

Posted 2023-02-21

【中文标题】当 python 添加小整数时，幕后会发生啥？ [复制]

【英文标题】：What happens behind the scenes when python adds small ints? [duplicate]当 python 添加小整数时，幕后会发生什么？ [复制]

【发布时间】：2011-08-31 09:04:01

【问题描述】：

我最近在摆弄 id 并意识到 (c?)Python 做了一些非常明智的事情：它确保小整数始终具有相同的 id。

>>> a, b, c, d, e = 1, 2, 3, 4, 5
>>> f, g, h, i, j = 1, 2, 3, 4, 5
>>> [id(x) == id(y) for x, y in zip([a, b, c, d, e], [f, g, h, i, j])]
[True, True, True, True, True]

但后来我想知道数学运算的结果是否也是如此。原来是这样的：

>>> nines = [(x + y, 9) for x, y in enumerate(reversed(range(10)))]
>>> [id(x) == id(y) for x, y in nines]
[True, True, True, True, True, True, True, True, True, True]

似乎它从 n=257 开始失败...

>>> a, b = 200 + 56, 256
>>> id(a) == id(b)
True
>>> a, b = 200 + 57, 257
>>> id(a) == id(b)
False

但有时它仍然适用于更大的数字：

>>> [id(2 * x + y) == id(300 + x) for x, y in enumerate(reversed(range(301)))][:10]
[True, True, True, True, True, True, True, True, True, True]

这里发生了什么？ python是怎么做到的？

【参考方案1】：

你掉进了一个不常见的陷阱：

id(2 * x + y) == id(300 + x)

2 * x + y 和 300 + x 这两个表达式没有重叠的生命周期。这意味着 Python 可以计算左侧，获取其 id，然后在计算右侧之前释放整数。当 CPython 释放一个整数时，它会将其放在已释放整数的列表中，然后在下次需要时将其重新用于不同的整数。因此，即使计算结果非常不同，您的 id 也会匹配：

>>> x, y = 100, 40000
>>> id(2 * x + y) == id(300 + x)
True
>>> 2 * x + y, 300 + x
(40200, 400)

【讨论】：

啊啊啊啊。好的，这是有道理的。谢谢！

所以如果你上面说的是真的，那么在某种意义上，python int 是可变的（只有在被垃圾收集之后）。

【参考方案2】：

Python 保留了一定数量的 int 对象池。当您在该范围内创建一个时，您实际上会获得对预先存在的一个的引用。我怀疑这是出于优化原因。

对于该池范围之外的数字，无论何时尝试生成一个新对象，您似乎都会取回一个新对象。

$ python
Python 3.2 (r32:88445, Apr 15 2011, 11:09:05) 
[GCC 4.5.2 20110127 (prerelease)] on linux2
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> x = 300
>>> id(x)
140570345270544
>>> id(100+200)
140570372179568
>>> id(x*2)
140570345270512
>>> id(600)
140570345270576

Source

PyObject* PyInt_FromLong(long ival) 返回值：新引用。创建一个 新的整数对象，其值为 瓦尔。

当前的实现保持了一个 所有人的整数对象数组 -5 到 256 之间的整数，当你 在该范围内创建一个 int 实际上只是取回参考 现有的对象。所以它应该是 可以改变 1 的值。我 怀疑 Python 在 这种情况是未定义的。 :-)

强调我的

【讨论】：

数字越大会怎样？有时ID仍然相同。它是在做哈希查找还是什么？

@jsau：我编辑了我的答案以包含它。

@Daenyth，是的，但有时它不是一个新对象；正如我的示例所示，有时2 * x + y 返回与300 + x 相同的对象。还是我误解了id 的作用？

@jsau：我没看到。我不能确定在这种情况下会发生什么，但我确实发布了一个支持你得到一个新对象的例子。 id() 返回一个对象的唯一标识符，在 cpython 中是该对象在内存中的地址。

如果

id 指向的对象被垃圾回收，他们将被重用。因此，您不能将 id 作为伪对象键保留，它们可能最终指向不同的东西。

【参考方案3】：

AFAIK，id 与参数的大小无关。它必须返回一个终身唯一标识符，并且如果两个不同的参数不同时存在，它可以返回相同的结果。

【讨论】：

来自文档：返回对象的“身份”。这是一个整数（或长整数），保证该对象在其生命周期内是唯一且恒定的。具有不重叠生命周期的两个对象可能具有相同的 id() 值。

@Daenyth：请说明不正确之处。呃，你为什么要删除你的评论而不是解释它？

一个（或部分或全部）python 实现为某些少量整数保留一个数组这一事实不会影响 id() 的工作方式。谁能判断这在其他或未来的实现中是否会这样？不应依赖于实现细节，而应依赖于记录在案的 API 以避免意外。 API 声明了唯一性和恒定性或不重叠的对象，仅此而已。很高兴知道对于 int 的某些值它会产生相同的输出，但这只是偶然（由于您正在使用的当前实现）。另请查看赞成的答案。

我不知道为什么这会受到如此严重的反对。这里有两种行为，首先是某些整数对象的（实现定义的）缓存，其次是 id 被重用的可能性。 Hyperboreus 正确 (AFAIU) 指出，在两个不同的对象上看到来自id() 的相同结果根本没有任何意义在对象具有非重叠生命周期的情况下，似乎是这样。这基本上正是邓肯在上面的回答所说的，尽管措辞不那么清楚。

这不是重点，每个人都有权按照他们认为合适的方式这样做。重要的是不要将代码基于随意的实现行为，而是基于文档化的 API。顺便说一句，这是一个非常有趣的问题，有很多有趣的答案和 cmets。