python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

时间:2022-02-25 09:35:41

一,什么是代码块。

根据官网提示我们可以获知:

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析
根据提示我们从官方文档找到了这样的说法:
A Python program is constructed from code blocks. A block is a piece of Python program text that is executed as a unit. The following are blocks: a module, a function body, and a class definition. Each command typed interactively is a block. A script file (a file given as standard input to the interpreter or specified as a command line argument to the interpreter) is a code block. A script command (a command specified on the interpreter command line with the ‘-c‘ option) is a code block. The string argument passed to the built-in functions eval() and exec() is a code block.
A code block is executed in an execution frame. A frame contains some administrative information (used for debugging) and determines where and how execution continues after the code block’s execution has completed.
python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

上面的主要意思是:

Python程序是由代码块构造的。块是一个python程序的文本,他是作为一个单元执行的。

代码块:一个模块,一个函数,一个类,一个文件等都是一个代码块。

而作为交互方式输入的每个命令都是一个代码块。

什么叫交互方式?就是咱们在cmd中进入Python解释器里面,每一行代码都是一个代码块,例如:

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

而对于一个文件中的两个函数,也分别是两个不同的代码块:

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

OK,那么现在我们了解了代码块,这和小数据池有什么关系呢?且听下面分析。

二,id,is,==

在Python中,id是什么?id是内存地址,比如你利用id()内置函数去查询一个数据的内存地址:

name = '太白'
print(id(name)) # 1585831283968

那么 is 是什么? == 又是什么?

== 是比较的两边的数值是否相等,而 is 是比较的两边的内存地址是否相等。 如果内存地址相等,那么这两边其实是指向同一个内存地址。

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

可以说如果内存地址相同,那么值肯定相同,但是如果值相同,内存地址不一定相同。

三,小数据池

小数据池,也称为小整数缓存机制,或者称为驻留机制等等,博主认为,只要你在网上查到的这些名字其实说的都是一个意思,叫什么因人而异。

那么到底什么是小数据池?他有什么作用呢?

大前提:小数据池,只针对,整数,字符串,bool值。

官方对于整数,字符串的小数据池是这么说的:

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析
对于整数,Python官方文档中这么说:
The current implementation keeps an array of integer objects for all integers between -5 and 256, when you create an int in that range you actually just get back a reference to the existing object. So it should be possible to change the value of 1. I suspect the behaviour of Python in this case is undefined. 对于字符串:
Incomputer science, string interning is a method of storing only onecopy of each distinct string value, which must be immutable. Interning strings makes some stringprocessing tasks more time- or space-efficient at the cost of requiring moretime when the string is created or interned. The distinct values are stored ina string intern pool. –引自*
python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

来,我给你们翻译并汇总一下,这个表达的意思就是:

Python自动将-5~256的整数进行了缓存,当你将这些整数赋值给变量时,并不会重新创建对象,而是使用已经创建好的缓存对象。

python会将一定规则的字符串在字符串驻留池中,创建一份,当你将这些字符串赋值给变量时,并不会重新创建对象, 而是使用在字符串驻留池中创建好的对象。

其实,无论是缓存还是字符串驻留池,都是python做的一个优化,就是将~5-256的整数,和一定规则的字符串,放在一个‘池’(容器,或者字典)中,无论程序中那些变量指向这些范围内的整数或者字符串,那么他直接在这个‘池’中引用,言外之意,就是内存中之创建一个。

优点:能够提高一些字符串,整数处理人物在时间和空间上的性能;需要值相同的字符串,整数的时候,直接从‘池’里拿来用,避免频繁的创建和销毁,提升效率,节约内存。

缺点:在‘池’中创建或插入字符串,整数时,会花费更多的时间。

int:那么大家都知道对于整数来说,小数据池的范围是-5~256 ,如果多个变量都是指向同一个(在这个范围内的)数字,他们在内存中指向的都是一个内存地址。

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

那么对于字符串的规定呢?

str:字符串要从下面这几个大方向讨论:

1,字符串的长度为0或者1,默认都采用了驻留机制(小数据池)。

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

2,字符串的长度>1,且只含有大小写字母,数字,下划线时,才会默认驻留。

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

3,用乘法得到的字符串,分两种情况。

  3.1 乘数为1时:

仅含大小写字母,数字,下划线,默认驻留。

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

含其他字符,长度<=1,默认驻留。

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

含其他字符,长度>1,默认驻留。

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

  3.2 乘数>=2时:

仅含大小写字母,数字,下划线,总长度<=20,默认驻留。

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

4,指定驻留。

from sys import intern
a = intern('hello!@'*20)
b = intern('hello!@'*20)
print(a is b)
#指定驻留是你可以指定任意的字符串加入到小数据池中,让其只在内存中创建一个对象,多个变量都是指向这一个字符串。

满足以上字符串的规则时,就符合小数据池的概念。

bool值就是True,False,无论你创建多少个变量指向True,False,那么他在内存中只存在一个。

看一下用了小数据池(驻留机制)的效率有多高:

显而易见,节省大量内存在字符串比较时,非驻留比较效率o(n),驻留时比较效率o(1)。

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

好,那么现在咱们知道了小数据池的概念,知道了代码块,那么还有什么问题呢?有!有!有!

下面就是咱们的关键部分,也是这篇博客的高潮部分,瞪大眼睛看~

四,代码块与小数据池的关系。

同样一段代码,为什么在交互方式中执行,和通过python代码的文件执行结果不同呢?

# pycharm 通过运行文件的方式执行下列代码:
i1 = 1000
i2 = 1000
print(i1 is i2) # 结果为True
通过交互方式中执行下面代码:
>>> i1 = 1000
>>> i2 = 1000
>>> print(i1 is i2)
False

结果为什么不同呢?难道是解释器出问题,还是pycharm软件出问题了??? NONONO,Too Young Too Simple!

这是因为代码块内的缓存机制,和代码块与代码块之间的缓存机制不同!

  Python在执行同一个代码块的初始化对象的命令时,会检查是否其值是否已经存在,如果存在,会将其重用。换句话说:执行同一个代码块时,遇到初始化对象的命令时,他会将初始化的这个变量与值存储在一个字典中,在遇到新的变量时,会先在字典中查询记录,如果有同样的记录那么它会重复使用这个字典中的之前的这个值。所以在你给出的例子中,文件执行时(同一个代码块)会把i1、i2两个变量指向同一个对象。

  如果是不同的代码块,他就会看这个两个变量是否是满足小数据池的数据,如果是满足小数据池的数据则会指向同一个地址。所以:i1、i2赋值语句分别被当作两个代码块执行,但是他们不满足小数据池的数据所以会得到两个不同的对象,因而is判断返回False。

更多验证:

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析
# 虽然在同一个文件中,但是是不同的代码块,不满足小数据池(驻存机制),则指向两个不同的地址。
def func():
i1 = 1000
print(id(i1)) # 2288555806672 def func2():
i1 = 1000
print(id(i1)) # 2288557317392 func()
func2()
python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析

最后,在深入一点,对于同一个代码块的变量复用的问题,只能针对于数字,字符串,bool值,而对于其他数据类型是不成立的。

python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析
# 同一个代码块下,数字,字符串,bool值的复用成立。
a1 = 1000
a2 = 1000
print(id(a1),id(a2)) # 2419837390800 2419837390800 s1 = 'alexsb@'
s2 = 'alexsb@' print(id(s1),id(s2)) # 2278732245624 2278732245624 f1 = True
f2 = True
print(id(f1),id(f2)) # 1672093872 1672093872 # 同一个代码块下,元祖,列表,字典的复用不成立。
tu1 = (1,2,3)
tu2 = (1,2,3)
print(id(tu1),id(tu2)) # 2278732278088 2278732279312 l1 = [1, 2, 3]
l2 = [1, 2, 3]
print(id(l1),id(l2)) # 2278733685000 2278733685192 dic1 = {'name':'taibai'}
dic2 = {'name':'taibai'}
print(id(dic1),id(dic2)) # 2278728382728 2278728382856
python代码块,小数据池,驻留机制深入剖析