python对象引用，可变性和垃圾回收

对象引用和可变性

变量不是盒子，而是‘便利贴’

>>> a = [1,2,3]
>>> b = a
>>> a.append(5)
>>> a
[1, 2, 3, 5]
>>> b
[1, 2, 3, 5]

变量的赋值方式：比如x = 2是将一个变量s分配给一个对象比如整数2。而不是把整数对象2分配给变量s

>>> c = {'name':'yang','born':1997}
>>> a = c  #a为c的一个别名。他们俩同时指向一个对象，'=='和'is'运算符证明这一点
>>> a == c
True
>>> a is c
True
>>> id(a),id(c)
(139644203394464, 139644203394464)
>>> a['name'] = 'yyy'  #用a修改内容
>>> c   #c也会被修改，因为它们俩指向的是一个对象
{'name': 'yyy', 'born': 1997}
>>> d = {'name': 'yyy', 'born': 1997} #新建一个d对象，与a和c的值一样
>>> d == a  # '=='运算符比较值是否相等
True
>>> d is a  #'is'运算符比较对象的标识是否相等，就是比较id()是否相等。d是新建的对象很明显不会相等
False
>>> id(d), id(a)
(139644203394536, 139644203394464)

每个变量都有标识、类型和值。对象一旦创建，他的标识绝不会变；你可以把标识理解为对象在内存中的地址。is运算符比较两个对象的标识；id()函数返回对象标识的整数表示。

元组的不可变性

#元组的不可变性其实是指tuple数据结构的物理内容(即保存的引用)不可变，与引用的对象无关。比如元组里引用了一个可变对象列表，不能改变这个引用让他变成其他字典或整数对象，但是可以修改这个可变对象的值。
>>> t1 = (1, 2, [3, 4])
>>> t2 = (1, 2, [3, 4])
>>> id(t1),id(t2)
(139644201933272, 139644201953896)
>>> t1 == t2  #值相等
True
>>> t1 is t2  #标识不相等，两个除了值相等其他完全不相关的变量
False
>>> t1[-1].append(5)  #可以对元组内的列表元组进行添加操作
>>> t1 == t2  #此时他们俩的值不相等了
False

不显式的使用copy模块的deepcopy函数深复制时，都默认为浅复制

浅复制复制了最外层的容器，副本中的元素是原容器中元素的引用

>>> a = [1, 2, [3, 4]]
>>> c = a[:]
>>>a == c
True
>>> a is c  #容器不一样，但是里元素的引用一样
False

>>> r = (1, 2, [4,5])  #对元组或其他不可变类型对象浅复制返回的是同一个对象的引用。类似于rr = r
>>> rr = r[:]
>>> rr is r
True

#浅复制后母本和副本内的元素都互为对方的标识，也就是都指向同一个对象。如果对母本或副本中的可变元素操作，因为两个引用是同一个对象，所以会影响到另一个母本或副本。但是，比如在副本中对不可变元素操作会生成一个新的对象引用，就和母本中的不可变元素不是同一个引用了，就不会影响到母本。
#下面是示例：
>>> l1 = [3, [66,55,44], (7, 8, 9)]
>>> l2 = list(l1)  #对列表l1浅复制，赋值给l1
>>> l1.append(100)  #l1添加一个新元素100
>>> l2
[3, [66, 55, 44], (7, 8, 9)]  #l2中没有添加
>>> l1
[3, [66, 55, 44], (7, 8, 9), 100]  #l1中添加成功
>>> l1[1].remove(55)  #将l1[1]这个列表中的55元素删除
>>> l1
[3, [66, 44], (7, 8, 9), 100]
>>> l2
[3, [66, 44], (7, 8, 9)] #对l2也有影响，因为l2[1]这个列表和l1[1]的列表时同一个，他们两个互相时对方的别名，都指向同一个列表元素
>>> l2[1] += [1,1,1] #l2[1]就地修改列表
>>> l2
[3, [66, 44, 1, 1, 1], (7, 8, 9)]
>>> l1
[3, [66, 44, 1, 1, 1], (7, 8, 9), 100] #l1[1]也被修改，因为这是同一个对象
>>> l1[2] is l2[2] #此时l1[2]和l2[2]这两个元组是同一个对象
True
>>> l2[2] += (1,1,1)  #对l2[2]这个元组添加(1,1,1)。因为元组是不可变元素，这个赋值操作不能就地添加，相当于l2[2] = l2[2]+(1,1,1)，这里创建了一个新元组。
>>> l1[2] is l2[2] #此时l1[2]和l2[2]这两个元素不再是同一个对象
False
>>> l2
[3, [66, 44, 1, 1, 1], (7, 8, 9, 1, 1, 1)]
>>> l1
[3, [66, 44, 1, 1, 1], (7, 8, 9), 100] #所以这个修改并没有对l1起作用

>>> l2[1] is l1[1] #可变对象就地修改，再改还是引用的同一个对象
True
>>> l1[0] is l2[0]
True

深复制

#定义一个类来测试
class Bus:
    def __init__(self, p=None):
        if p is None:
            p = []
        else:
            self.p = list(p)

    def pick(self, name):
        self.p.append(name)

    def drop(self, name):
        self.p.remove(name)

>>> from bus import *
>>> bus1 = Bus(['a', 'b', 'cc'])
>>> bus1
<bus.Bus object at 0x7fb47e6ccba8>
>>> bus1.p
['a', 'b', 'cc']
>>> bus2 = copy.copy(bus1)   #浅复制bus1
>>> bus3 = copy.deepcopy(bus1)  #深复制bus1
#到此 创建了三个bus实例
>>> bus1.drop('a')  #bus1的p列表中删除一个元素
>>> bus2
<bus.Bus object at 0x7fb47e6cc7b8>
>>> bus2.p  #bus2的p列表中也没有这个元素了，浅复制共享一个列表对象
['b', 'cc']
>>> bus3.p  #深复制不会共享列表，所以不会修改
['a', 'b', 'cc']
>>> bus1.p is bus2.p
True
>>> bus1.p is bus3.p
False

函数的可变参数

#函数可能会修改接收到的任何可变对象
>>> def f(a, b):
...     a += b
...     print(id(a))
...     return a
>>> x = [1,1]
>>> id(x)
139901112369928
>>> y = [2, 2]
>>> f(x, y) #函数的形参获得各个实参的副本，也就是说，函数内部的形参是实参的别名
139901112369928  
[1, 1, 2, 2]
>>> x
[1, 1, 2, 2]
>>> x = 1  #当实参为不可变类型时
>>> y = 2
>>> id(x)
10910400
>>> f(x, y) # a += b相当于重新创建了一个a对象，上面的浅复制讲的很清楚了
10910464
3

函数的默认值是可变参数时

class Bus:
    def __init__(self, p=[]):
        self.p = p

    def pick(self, name):
        self.p.append(name)

    def drop(self, name):
        self.p.remove(name)
        
>>> from bus import *
>>> bus1 = Bus(['a', 'b'])
>>> bus2 = Bus()
>>> bus3 = Bus()  #创建三个实例，bus3和bus3使用默认值
>>> bus1.pick('c')  #bus1添加新元素
>>> bus1.p,bus2.p,bus3.p  #只有bus1变了
(['a', 'b', 'c'], [], [])
>>> bus2.pick('e')  #bus2添加新元素
>>> bus1.p,bus2.p,bus3.p  #bus2和bus3都变了
(['a', 'b', 'c'], ['e'], ['e'])
>>> Bus.__init__.__defaults__ #这时Bus类的defaults属性已经变了
(['e'],)

上面很明显的说明了：bus2和bus3使用了参数默认值(列表对象)。默认值一是在模块加载时计算，self.p变成了p参数默认值的别名。就是说不管多少个实例，只要使用的是默认值(列表对象)，那么所有实例和Bus类共享这一个列表。

函数的默认值是可变参数时的解决办法

#错误的方法
class Bus:
    def __init__(self, p=None):
        if p is None:
            self.p = []
        else:
            self.p = p #self.p为p的别名，他们俩都指向同一个对象。

    def pick(self, name):
        self.p.append(name)

    def drop(self, name):
        self.p.remove(name)

>>> from bus import *
>>> i = ['a', 'b', 'c']
>>> b = Bus(i)
>>> b.drop('a')  # b实例调用他的drop方法删除'a'的时候把i列表中的'a'也删了
>>> b.p
['b', 'c']
>>> i
['b', 'c']
#正确方法
class Bus:
    def __init__(self, p=None):
        if p is None:
            self.p = []
        else:
            self.p = list(p) #这时self.p是对p的一个浅复制，self.p和p指向不同对象，但是容器里面的元素还是相同的引用，如果元素为可变类型，那么还是会出现问题

    def pick(self, name):
        self.p.append(name)

    def drop(self, name):
        self.p.remove(name)
>>> from bus import *
>>> i = ['a', 'b', 'c']
>>> b = Bus(i)
>>> b.drop('a')  # b实例删除'a'后i列表并没有受到影响
>>> i
['a', 'b', 'c']

>>> i = ['a', 'b', [1,2]]  #如果参数内元素是可变类型还是有影响
>>> b = Bus(i)
>>> b.p[2].pop()  # b实例删除列表内的一个列表中的元素
2
>>> i  # i列表也受到影响
['a', 'b', [1]]

总结：浅复制复制的是最外层的容器，里面的元素还是原容器中元素的引用，也就是修改里面的可变元素两个容器都会受到影响。深复制相当于重新创建了一个对象，里面的元素和原容器一点关系都没有。

垃圾回收

在cpython中，垃圾回收的主要算法是引用计数。每个对象都会统计有多少引用指向自己。当计数归零时对象就立即被销毁。当然python还有其他更复杂的垃圾回收算法，而且不依赖引用计数。

>>> import weakref
>>> s1 = {1,2,3}
>>> s2 = s1  #s2 is s1。指向同一个集合
>>> def a():
...     print('aaa')
>>> end = weakref.finalize(s1, a)  # weakref是一个弱引用包。这里在s1引用对象上注册a回调
>>> end
<finalize object at 0x7faa0a5fa3b0; for 'set' at 0x7faa0a3e6048>
>>> del s1
>>> end.alive  #对象还没有被销毁
True
>>> s2 = 2  # 让s2指向其他对象，此时没有对那个集合的引用。对象被销毁执行回调函数输出'aaa'
aaa