为什么内存中最多只有一个“Love“？一文读懂Python内存存储机制

这是机器未来的第8篇文章

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1. 变量的存储机制

Python中的一切都是对象，变量是对象的引用！对象存于堆中，变量存于栈中。

1.1 什么是堆、栈？

堆栈都存在与内存中，在运行时分配的内存空间。对象存于堆中，变量存于栈中， 堆区存变量值, 栈区存变量名。栈区存放变量名和其变量值的内存地址, 通过这个内存地址, 变量名可以找到变量值。

1.2 直接引用和间接引用

1.2.1 直接引用：变量名直接关联变量值

直接引用常见于整数类型和字符串类型、元组，修改它们的值，其实已经指向了其它的对象。直接引用的数据类型也被称为不可变数据类型, 不可变数据类型在内存中存储的值仅存储一份,后续定义的变量如果值相等都指向用一个对象,即 x1 is x2 and x1 == x2为True.

变量名(变量值的地址)存于内存栈区，变量值存于堆区, 变量名直接关联变量值。

x = 10

y = 20

print(hex(id(x)), hex(id(y)))

0x7ff97c90f020 0x7ff97c90f160 # 从输出中可知，x，y指向两个不一样的对象

当执行x = y 时，你会发现x已经指向了一个新的对象，和原来的对象链路已经断开了。

x = 10
y = 20
print(hex(id(x)), hex(id(y)))
x = y
print(hex(id(x)), hex(id(y)))

0x7ff97c90f020 0x7ff97c90f160
0x7ff97c90f160 0x7ff97c90f160 # 从输出中可知，x,y已经指向了同一个对象

注意：字符串的内容是不可以更改的，修改会直接报错！！！

name = "David"

name[2] = 'a'

TypeError Traceback (most recent call last)
C:\Users\ZHOUSH~1\AppData\Local\Temp/ipykernel_9084/4053774855.py in <module>
1 name = “David”

2 name[2] = ‘a’

TypeError: ‘str’ object does not support item assignment

1.2.2 间接引用：变量名通过列表对象间接访问变量值

间接引用出现在容器类型里，如列表、字典等。

定义列表变量l，其存储结构如图：变量l存储于栈区，变量l通过存储在堆区中列表对象内存地址访问列表对象，然后列表对象再通过其列表中存储的元素地址访问具体的变量值’a’ 和 ‘b’。

l = ['a', 'b']

如果修改变量l[1]的值，例如l[1] = ‘c’，则列表的存储地址不会发生变化，但是列表对象第0个元素的地址会发生变化，其为字符’c’的内存地址，并指向字符对象’c’,但是整个过程变量l的地址不会发生变化.

特别注意:间接引用变量既是值相等,这两个变量也不一定是同一个变量;而对于不可变数据类型,只要值相等,那么这两个变量一定是同一个变量.

x1 = [1, 2, 3, 4, 5, 3, 6, 7]
x2 = [1, 2, 3, 4, 5, 3, 6, 7]
x1 is x2
print(hex(id(x1)), hex(id(x2)))

0x2913b25ab08 0x2913cdf35c8

2. 浅拷贝与深拷贝

• 直接赋值：其实就是对象的引用（别名）。
• 浅拷贝(copy)：拷贝父对象，不会拷贝对象的内部的子对象。
• 深拷贝(deepcopy)： copy 模块的 deepcopy 方法，完全拷贝了父对象及其子对象。

2.1 直接赋值

其实就是对象的引用（别名）

l1 = [1, 'abc', [2, 3]]
l2 = l1
print(id(l1), id(l2))

2822815412936 2822815412936

l2直接指向l1引用的对象,l1和l2的内存地址是一样的, 存储结构如图.

2.2 浅拷贝

拷贝父对象，不会拷贝对象的内部的子对象。

import copy
l1 = [1, 'abc', [2, 3]]
l2 = copy.copy(l1)
print(id(l1), id(l2))
print('l1:', id(l1[0]), id(l1[1]), id(l1[2]))
print('l2:', id(l2[0]), id(l2[1]), id(l2[2]))

2822786373512 2822786371656 # l1和l2的内存地址不一样,是两个不一样的变量
l1: 140709513457408 2822710032120 2822785142088
l2: 140709513457408 2822710032120 2822785142088 # l1和l2的元素的内存地址是一样的, 包括元素中的列表变量(是直接指向过去的), 验证了仅拷贝父对象的描述.

2.3 深拷贝

copy 模块的 deepcopy 方法，完全拷贝了父对象及其子对象。

import copy

l1 = [1, 'abc', [2, 3]]
l2 = copy.deepcopy(l1)
print(id(l1), id(l2))
print('l1:', id(l1[0]), id(l1[1]), id(l1[2]), id(l1[2][0]), id(l1[2][1]))
print('l2:', id(l2[0]), id(l2[1]), id(l2[2]), id(l2[2][0]), id(l2[2][1]))

2822786372360 2822815414472 # l1和l2的内存地址不一样,是不同的变量
l1: 140709513457408 2822710032120 2822786363528 140709513457440 140709513457472
l2: 140709513457408 2822710032120 2822786366024 140709513457440 140709513457472

l2对l1进行了深拷贝,直至数据类型为不可变类型为止.

从输出中可以看到:

• l1和l2的内存地址不一样了,是不同的变量;
• l1和l2的前2个成员变量的内存是一样的, 因为它们直接引用的不可变数据类型;
• 第3个成员变量为一个列表,深拷贝时创建了一个新的列表变量,从输出可知l1[2]的内存地址为2822786363528, l2[2]的内存地址为2822786366024.
• 但l1[2]和l[3]列表中的元素的内存地址又变为一样的了,因为它们都是不可变数据类型,指向同一个对象(注:不可变数据类型仅在内存中存储一份).

思考题：你知道为什么Python在内存中最多只有一个666吗？

《Python零基础快速入门系列》快速导航：

• Python快速入门系列(1) 人工智能序章：开发环境搭建Anaconda+VsCode+JupyterNotebook(零基础启动)
• Python快速入门系列(2)一文快速掌握Python基础语法
• Python快速入门系列(3)AI数据容器底层核心之Python列表

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