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Python 对象的内存模型与引用计数解析

舞姬之光

舞姬之光

发布时间:2026-01-31 18:32:02

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来源于php中文网

原创

id() 和 is 比较对象在内存中的实际地址,即 PyObject* 指针值;引用计数增减由底层指针操作触发,循环引用需 gc 模块清理;sys.getrefcount() 结果恒比真实值多 1。

python 对象的内存模型与引用计数解析

Python 的 id()is 到底在比较什么

它们比较的是对象在内存中的实际地址,也就是 CPython 解释器中 PyObject* 指针的值。不是“值相等”,也不是“类型一致”,纯粹是同一块内存区域的标识。

常见误用:用 is 判断数字或字符串是否“内容相同”。比如 1000 is 10**3 在某些 Python 版本返回 False,因为小整数(-5 到 256)会被缓存复用,但超出范围后每次字面量都会新建对象。

  • 永远用 == 判断值是否相等,is 只用于确认是否为同一对象(如 obj is None
  • id() 返回的整数在对象生命周期内不变,但不同对象可能在不同时刻有相同 id()(内存复用)
  • 多线程下 id() 不保证全局唯一,只在单次运行中对存活对象有效

引用计数怎么被触发增减

CPython 用引用计数作为主要内存管理机制,每个对象头里存着一个 ob_refcnt 计数器。它不是“变量引用次数”,而是“指向该对象的指针数量”。

增减发生在底层操作层面,比如:

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  • 赋值语句:a = objobj 引用计数 +1;a = b → 原 a 所指对象 -1,b 所指对象 +1
  • 容器插入:lst.append(obj)obj 计数 +1;lst.pop() → 对应对象 -1
  • 函数传参:调用时形参获得实参对象的新引用,函数返回后局部变量销毁 → 计数 -1
  • 循环引用不会自动触发减计数,这是引用计数模型的根本缺陷,必须靠 gc 模块的周期性扫描来清理

为什么 sys.getrefcount() 总比预期多 1

因为调用 sys.getrefcount(x) 这个动作本身,会让 x 临时多一个引用 —— 参数传递过程会增加一次计数。

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例如:

import sys
a = []
print(sys.getrefcount(a))  # 输出通常是 2(不是 1)

这个“+1”是确定的、可预测的干扰项,不是 bug,也不是内存泄漏迹象。

  • 不要用 getrefcount() 来调试循环引用,它掩盖了真实引用关系
  • 想看对象被哪些地方持有时,用 gc.get_referrers(obj) 更直接(但注意它也可能引入临时引用)
  • 在 C 扩展中手动调用 Py_INCREF/Py_DECREF 时,必须严格配对,否则计数错位会导致提前释放或内存泄漏

对象销毁时机与 __del__ 的不可靠性

当引用计数降到 0,CPython 立即调用对象的 __del__ 方法并释放内存。但这个“立即”仅限于当前线程、无异常、无循环引用的干净场景。

  • __del__ 不保证执行顺序,多个对象互相引用时,谁先销毁无法预判
  • __del__ 抛出异常,解释器只会打印警告,不会中断程序,也不会重试
  • 模块卸载阶段(解释器退出时),全局变量和模块级对象的引用计数归零顺序不确定,__del__ 可能访问已销毁的其他对象
  • 真正需要资源清理时,优先用 with 语句或显式 .close(),而不是依赖 __del__

引用计数的简洁性是以牺牲确定性和跨实现兼容性换来的。一旦涉及多线程、C 扩展或长期运行的服务,就得直面它的边界 —— 那些没被 gc 捕获的循环、那些在解释器关闭时静默消失的 __del__、还有那些你以为“应该被释放”却还挂在某个闭包里的对象。

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