为什么Python变量每次被修改时都会占用一个新地址（id）？

Question

只是想知道这个背后的逻辑是什么？从表面上看，它似乎效率低下，每当你做一些像“x = x + 1”这样简单的事情时，它必须采用一个新地址并丢弃旧地址。

Answer 1

Python变量（在Python中称为标识符或名称）是对值的引用。 id()函数表示该值的某些内容，而不是名称。

许多价值观都不可变;整数，字符串，浮点数都 not 更改到位。将1添加到另一个整数时，将返回 new 整数，然后将该引用替换为旧值。

您可以将Python名称视为标签，与值绑定。如果您将值想象为气球，那么每次分配给该名称时，您都会重新标记标签新气球。如果再没有其他标签贴在气球上，它就会在风中漂移，永远不会被再次看到。 id()函数为您提供该气球的唯一编号。

请参阅此previous answer of mine，我会更多地谈论价值观作为气球的想法。

这似乎效率低下。对于许多经常使用的和 small 值，Python实际上使用了一个名为interning的进程，它会缓存这些值的存储以供重用。 None是一个值，小整数和空元组（()）也是如此。您可以使用intern()函数对您希望大量使用的字符串执行相同的操作。

但请注意，只有当引用计数（“标签”数量）下降到0时才会清除值。值的值会一直重复使用，特别是那些实体整数和单例。

Answer 2

因为基本类型是不可变的，所以每次修改它时都需要再次实例化

...这完全没问题，特别是thread-safe函数

Answer 3

=运算符不会修改对象，它会将名称分配给完全不同的对象，该对象可能已经或可能没有ID。

对于您的示例，整数是不可变的;没有办法添加一个东西并保持相同的ID。

事实上，小整数至少在cPython中实现，所以如果你这样做：

x = 1
y = 2
x = x + 1

然后x和y可能具有相同的ID。

Answer 4

在python中，“原始”类型如int和字符串是不可变的，这意味着它们不能被修改。

Python实际上非常有效，因为， @Wooble 注释，«非常短的字符串和小整数被实习。»：如果两个变量引用相同的（ em> small ）不可变值它们的id是相同的（减少重复的不可变量）​​。

>>> a = 42
>>> b = 5
>>> id(a) == id(b)
False
>>> b += 37
>>> id(a) == id(b)
True

使用不可变类型的原因是对这些值的并发访问的安全方法。

在一天结束时，它取决于设计选择。

根据您的需要，您可以更多地利用实施而不是其他实施 例如，可以在类似的语言Ruby中找到不同的哲学，其中Python中的那些类型是不可变的，不是。

Answer 5

准确地说，赋值x=x+1不会修改x引用的对象，只是让x指向另一个值为x+1的对象。

要理解背后的逻辑，需要理解value semantics和引用语义之间的区别。

具有值语义的对象意味着它的值很重要，而不是它的身份。虽然具有引用语义的对象关注其身份（在Python中，可以从id(obj)返回标识）。

通常，值语义意味着对象的不变性。或者相反，如果一个对象是可变的（即就地更改），那意味着它具有引用语义。

让我们简要解释这种不变性背后的基本原理。

具有引用语义的对象可以在就地中更改，而不会丢失其原始地址/身份。这是有道理的，因为它是具有引用语义的对象的标识，使其自身可以与其他对象区分开来。

相比之下，具有值语义的对象永远不会改变自己。

首先，这在理论上是可能和合理的。由于只有值（而不是其身份）是重要的，当需要进行更改时，将其交换为具有不同值的另一个身份是安全的。这称为referential transparency。请注意，对于具有引用语义的对象，这是不可能的。

其次，这在实践中是有益的。正如OP所想的那样，每次更改时丢弃旧对象似乎效率低下，但大多数时候它更有效率。首先，Python（或任何其他语言）具有内部/缓存方案，以减少要创建的对象。更重要的是，如果将价值语义的对象设计为可变的，那么在大多数情况下它会占用更多的空间。

例如，Date具有值语义。如果它被设计为可变的，那么从内部字段返回日期的任何方法都会将句柄暴露给外部世界，这是有风险的（例如，外部可以直接修改此内部字段而无需借助公共接口）。类似地，如果通过引用某个函数/方法传递任何日期对象，则可以在该函数/方法中修改此对象，这可能与预期的不同。为了避免这些副作用，必须做defensive programming：不是直接返回内部日期字段，而是返回它的克隆;而不是通过引用传递，他通过值，这意味着额外的副本。可以想象，创造更多物体的机会多于必要。更糟糕的是，这些额外的克隆使代码变得更加复杂。

总之，不变性强制执行价值语义，它通常涉及较少的对象创建，较少的副作用和较少的麻烦，并且更适合测试。此外，不可变对象本质上是线程安全的，这意味着在多线程环境中锁定更少，效率更高。

这就是为什么像数字，字符串，日期，时间这样的值语义的基本数据类型都是不可变的原因（好吧，C ++中的字符串是一个例外，这就是为什么要避免这么多const string&的东西字符串被意外修改）。作为一个教训，Java在设计价值语义类Date，Point，Rectangle，Dimension时犯了错误。

众所周知，OOP中的对象有三个特征：状态，行为和身份。具有值语义的对象不是典型的对象，因为它们的身份根本不重要。通常它们是 passive ，主要用于描述其他真实，活动对象（即具有引用语义的对象）。这是区分值语义和引用语义的一个很好的提示。