Viking's Website

Python解惑-整数比较

转载自:Python 解惑:整数比较

在 Python 中一切都是对象,毫无例外整数也是对象,对象之间比较是否相等可以用==,也可以用is。==和is操作的区别是:

  • is比较的是两个对象的id值是否相等,也就是比较俩对象是否为同一个实例对象,是否指向同一个内存地址。

  • ==比较的是两个对象的内容是否相等,默认会调用对象的eq()方法。

清楚is和==的区别之后,对此也许你有可能会遇到下面的这些困惑,于是就有了这样一篇文章,试图把Python中一些隐晦的东西趴出来,希望对你有一定的帮助。我们先来看两段代码:

片段一:

1
2
3
4
5
>>> a = 256
>>> b = 256
>>> a == b
True
>>>

片段二:

1
2
3
4
5
>>> a = 256
>>> b = 256
>>> a is b
True
>>>

在交互式命令行执行上面两段代码,代码片段一中的a==b返回True很好理解,因为两个对象的值都是256,对于片段二,a is b也返回True,这说明a和b是指向同一个对象的,可以检查一下他们的id值是否相等:

1
2
3
4
5
>>> id(a)
8213296
>>> id(b)
8213296
>>>

注,不同机器上上述的id值应不同

结果证明他俩的确是同一个对象,指向的是同一个内存地址。那是不是所有的整数对象只要两个对象的值(内容)相等,它们就是同一个实例对象呢?换句话说,对于整数对象只要==返回True,is操作也会返回True吗?带着这个问题来看下面这两段代码:

片段一:

1
2
3
4
5
6
>>> a = 257
>>> b = 257
>>> a == b
True
>>>

片段二:

1
2
3
4
>>> a = 257
>>> b = 257
>>> a is b
False

对于257,a is b返回的竟然是False,结果可能在你的意料之中,也有可能出乎你的意料,但不管怎么,我们还是要刨根问底,找出问题的真相。

解惑一

出于对性能的考虑,Python内部做了很多的优化工作,对于整数对象,Python把一些频繁使用的整数对象缓存起来,保存到一个叫small_ints的链表中,在Python的整个生命周期内,任何需要引用这些整数对象的地方,都不再重新创建新的对象,而是直接引用缓存中的对象。Python把这些可能频繁使用的整数对象规定在范围[-5, 256]之间的小对象放在small_ints中,但凡是需要用些小整数时,就从这里面取,不再去临时创建新的对象。因为257不在小整数范围内,因此尽管a和b的值是一样,但是他们在Python内部却是以两个独立的对象存在的,各自为政,互不干涉。

弄明白第一个问题后,我们继续在Python交互式命令行中写一个函数,再来看下面这段代码:

片段一:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
>>> c = 257
>>> def foo():
... a = 257
... b = 257
... print a is b
... print a is c
...
>>> foo()
True
False

呃,什么情况,是的,你没看错,片段一中的这段代码 a、b 值都是257的情况下,出现了a is b返回True,而a is c 返回的False,a、b、c的值都为257,为什么会出现不同的结果呢?这对于刚刚好不容易建立起来的认知就被彻底否决了吗,那这段代码中究竟发生了什么?难道解惑一中的结论是错误的吗?

解惑二

为了弄清楚这个问题,我们有必要先理解程序代码块的概念。Python程序由代码块构成,代码块作为程序的一个最小基本单位来执行。一个模块文件、一个函数体、一个类、交互式命令中的单行代码都叫做一个代码块。在上面这段代码中,由两个代码块构成,c = 257作为一个代码块,函数foo作为另外一个代码块。Python内部为了将性能进一步的提高,凡是在一个代码块中创建的整数对象,如果存在一个值与其相同的对象于该代码块中了,那么就直接引用,否则创建一个新的对象出来。Python出于对性能的考虑,但凡是不可变对象,在同一个代码块中的对象,只有是值相同的对象,就不会重复创建,而是直接引用已经存在的对象。因此,不仅是整数对象,还有字符串对象也遵循同样的原则。所以 a is b就理所当然的返回True了,而c和a不在同一个代码块中,因此在Python内部创建了两个值都是257的对象。为了验证刚刚的结论,我们可以借用dis模块从字节码的角度来看看这段代码。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
>>> import dis
>>> dis.dis(foo)
2 0 LOAD_CONST 1 (257)
3 STORE_FAST 0 (a)
3 6 LOAD_CONST 1 (257)
9 STORE_FAST 1 (b)
4 12 LOAD_FAST 0 (a)
15 LOAD_FAST 1 (b)
18 COMPARE_OP 8 (is)
21 PRINT_ITEM
22 PRINT_NEWLINE
5 23 LOAD_FAST 0 (a)
26 LOAD_GLOBAL 0 (c)
29 COMPARE_OP 8 (is)
32 PRINT_ITEM
33 PRINT_NEWLINE
34 LOAD_CONST 0 (None)

可以看出两个257都是从常量池的同一个位置co_consts[1]获取的。

总结

一番长篇大论之后,得出两点结论:

  • 1、小整数对象[-5,256]是全局解释器范围内被重复使用,永远不会被GC回收。

  • 2、同一个代码块中的不可变对象,只要值是相等的就不会重复创建新的对象。

似乎这些知识点对日常的工作一点忙也帮不上,因为你根本不会用is来比较两个整数对象的值是否相等。那为什么还要拿出来讨论呢?嗯,程序员学知识,不应该浅尝辄止,要充分发挥死磕到底的精神。