語言的內(nèi)存管理是語言設(shè)計的一個重要方面。它是決定語言性能的重要因素。無論是C語言的手工管理，還是Java的垃圾回收，都成為語言最重要的特征。這里以Python語言為例子，說明一門動態(tài)類型的、面向?qū)ο蟮恼Z言的內(nèi)存管理方式。

對象的內(nèi)存使用

賦值語句是語言最常見的功能了。但即使是最簡單的賦值語句，也可以很有內(nèi)涵。Python的賦值語句就很值得研究。

a = 1

? ? ? ?整數(shù)1為一個對象。而a是一個引用。利用賦值語句，引用a指向?qū)ο?。Python是動態(tài)類型的語言(參考 動態(tài)類型 )，對象與引用分離。Python像使用“筷子”那樣，通過引用來接觸和翻動真正的食物——對象。

引用和對象?

為了探索對象在內(nèi)存的存儲，我們可以求助于Python的內(nèi)置函數(shù) id() 。它用于返回對象的身份(identity)。其實，這里所謂的身份，就是該對象的 內(nèi)存地址 。

a = 1?

? ? ? ?print(id(a))
? ? ? ?print(hex(id(a)))
? ? ? ?在我的計算機上，它們返回的是:

11246696
? ? ? ?'0xab9c68'

? ? ? ?分別為內(nèi)存地址的十進(jìn)制和十六進(jìn)制表示。?

在Python中，整數(shù)和短小的字符，Python都會緩存這些對象，以便重復(fù)使用。當(dāng)我們創(chuàng)建多個等于1的引用時，實際上是讓所有這些引用指向同一個對象。

a = 1
? ? ? ?b = 1?
? ? ? ?print(id(a))
? ? ? ?print(id(b))

? ? ? ?上面程序返回

11246696?
? ? ? ?11246696

? ? ? ?可見a和b實際上是指向同一個對象的兩個引用。

為了檢驗兩個引用指向同一個對象，我們可以用 is 關(guān)鍵字。is用于判斷兩個引用所指的對象是否相同。

? ? ? ?# Truea = 1 b = 1 print(a is b) # True a = "good" b = "good" print(a is b) # False a = "very good morning" b = "very good morning" print(a is b) # False a = [] b = [] print(a is b)

? ? ? ?上面的注釋為相應(yīng)的運行結(jié)果。可以看到，由于Python緩存了整數(shù)和短字符串，因此每個對象只存有一份。比如，所有整數(shù)1的引用都指向同一對象。即使使用賦值語句，也只是創(chuàng)造了新的引用，而不是對象本身。長的字符串和其它對象可以有多個相同的對象，可以使用賦值語句創(chuàng)建出新的對象。

? ? ? ?在Python中，每個對象都有存有指向該對象的引用總數(shù)，即 引用計數(shù) (reference count)。

我們可以使用 sys 包中的 getrefcount() ，來查看某個對象的引用計數(shù)。需要注意的是，當(dāng)使用某個引用作為參數(shù)，傳遞給getrefcount()時，參數(shù)實際上創(chuàng)建了一個臨時的引用。因此，getrefcount()所得到的結(jié)果，會比期望的多1。

? ? ? ?from sys import getrefcount a = [1, 2, 3] print(getrefcount(a)) b = a print(getrefcount(b))
由于上述原因，兩個getrefcount將返回2和3，而不是期望的1和2。

? ? ? ?對象引用對象

Python的一個容器對象(container)，比如表、詞典等，可以包含多個對象。實際上，容器對象中包含的并不是元素對象本身，是指向各個元素對象的引用。

我們也可以自定義一個對象，并引用其它對象:

? ? ? ?class from_obj(object):???? def __init__(self, to_obj):???????? self.to_obj = to_obj b = [1,2,3] a = from_obj(b) print(id(a.to_obj)) print(id(b))

? ? ? ?可以看到，a引用了對象b。

? ? ? ?對象引用對象，是Python最基本的構(gòu)成方式。即使是a = 1這一賦值方式，實際上是讓詞典的一個鍵值"a"的元素引用整數(shù)對象1。該詞典對象用于記錄所有的全局引用。該詞典引用了整數(shù)對象1。我們可以通過內(nèi)置函數(shù) globals() 來查看該詞典。?

當(dāng)一個對象A被另一個對象B引用時，A的引用計數(shù)將增加1。

? ? ? ?from sys import getrefcount a = [1, 2, 3] print(getrefcount(a)) b = [a, a] print(getrefcount(a))

? ? ? ?
? ? ? ?由于對象b引用了兩次a，a的引用計數(shù)增加了2。

? ? ? ?容器對象的引用可能構(gòu)成很復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。我們可以用objgraph包來繪制其引用關(guān)系，比如

? ? ? ?x = [1, 2, 3] y = [x, dict(key1=x)] z = [y, (x, y)] import objgraph objgraph.show_refs([z], filename='ref_topo.png')

objgraph是Python的一個第三方包。安裝之前需要安裝xdot。

sudo apt-get install xdot sudo pip install objgraph

? ? ? ?objgraph官網(wǎng)?

兩個對象可能相互引用，從而構(gòu)成所謂的 引用環(huán) (reference cycle)。

a = []
? ? ? ?b = [a]
? ? ? ?a.append(b)

? ? ? ?即使是一個對象，只需要自己引用自己，也能構(gòu)成引用環(huán)。

a = []
? ? ? ?a.append(a)
? ? ? ?print(getrefcount(a))

? ? ? ?引用環(huán)會給垃圾回收機制帶來很大的麻煩，我將在后面詳細(xì)敘述這一點。?