在Python中 什麼是小數據池

一,什麼是代碼塊
Python程序是由代碼塊構造的。塊是一個python程序的文本,他是作爲一個單元執行的。

代碼塊:一個模塊,一個函數,一個類,一個文件等都是一個代碼塊。

而作爲交互方式輸入的每個命令都是一個代碼塊。

什麼叫交互方式?就是咱們在cmd中進入Python解釋器裏面,每一行代碼都是一個代碼塊,例如:
在這裏插入圖片描述

而對於一個文件中的兩個函數,也分別是兩個不同的代碼塊:
在這裏插入圖片描述

二,id,is,==

在Python中,id是什麼?id是內存地址,比如你利用id()內置函數去查詢一個數據的內存地址:

 name = 'Tom'
 print(id(name))
 #5117952

那麼 is 是什麼? == 又是什麼?

== 是比較的兩邊的數值是否相等,而 is 是比較兩邊的內存地址是否相等。 如果內存地址相等,那麼這兩邊其實是指向同一個內存地址。

在這裏插入圖片描述

可以說如果內存地址相同,那麼值肯定相同,但是如果值相同,內存地址不一定相同。

三,小數據池

小數據池,也稱爲小整數緩存機制,或者稱爲駐留機制等等。

那麼到底什麼是小數據池?他有什麼作用呢?

大前提:小數據池,只針對,整數,字符串,bool值。

官方對於整數,字符串的小數據池是這麼說的:

對於整數,Python官方文檔中這麼說:

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.

對於字符串:

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. –引自維基百科

翻譯並彙總一下,表達的意思就是:

Python自動將-5~256的整數進行了緩存,當你將這些整數賦值給變量時,並不會重新創建對象,而是使用已經創建好的緩存對象。

python會將一定規則的字符串在字符串駐留池中創建一份,當你將這些字符串賦值給變量時,並不會重新創建對象, 而是使用在字符串駐留池中創建好的對象。

其實,無論是緩存還是字符串駐留池,都是python做的一個優化,就是將-5~256的整數,和一定規則的字符串,放在一個‘池’(容器,或者字典)中,無論程序中那些變量指向這些範圍內的整數或者字符串,那麼他直接在這個‘池’中引用,言外之意,就是內存中只創建一個。

優點:能夠提高一些字符串,整數處理在時間和空間上的性能;需要值相同的字符串,整數的時候,直接從‘池’裏拿來用,避免頻繁地創建和銷燬,提升效率,節約內存。

缺點:在‘池’中創建或插入字符串、整數時,會花費更多的時間。

int:那麼大家都知道對於整數來說,小數據池的範圍是-5~256 ,如果多個變量都是指向同一個(在這個範圍內的)數字,他們在內存中指向的都是一個內存地址。

在這裏插入圖片描述

那麼對於字符串的規定呢?

str:字符串要從下面這幾個大方向討論:

1,字符串的長度爲0或者1,默認都採用了駐留機制(小數據池)。

在這裏插入圖片描述

2,字符串的長度>1,且只含有大小寫字母,數字,下劃線時,纔會默認駐留。
在這裏插入圖片描述

3,用乘法得到的字符串,分兩種情況。

3.1 乘數爲1時:

僅含大小寫字母,數字,下劃線,默認駐留。

在這裏插入圖片描述

含其他字符,長度<=1,默認駐留。

在這裏插入圖片描述

含其他字符,長度>1,默認駐留。

在這裏插入圖片描述

3.2 乘數>=2時:

僅含大小寫字母,數字,下劃線,總長度<=20,默認駐留。
在這裏插入圖片描述

4,指定駐留。

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from sys import intern
a = intern('hello!@'*20)
b = intern('hello!@'*20)
print(a is b)
#指定駐留是你可以指定任意的字符串加入到小數據池中,讓其只在內存中創建一個對象,多個變量都是指向這一個字符串。

滿足以上字符串的規則時,就符合小數據池的概念。

bool值就是True,False,無論你創建多少個變量指向True,False,那麼它在內存中只存在一個。

看一下用了小數據池(駐留機制)的效率有多高:

顯而易見,節省大量內存在字符串比較時,非駐留比較效率o(n),駐留時比較效率o(1)。

在這裏插入圖片描述

四,代碼塊與小數據池的關係。

同樣一段代碼,爲什麼在交互方式中執行,和通過python代碼的文件執行結果不同呢?

# pycharm 通過運行文件的方式執行下列代碼:
i1 = 1000
i2 = 1000
print(i1 is i2)  # 結果爲True

通過交互方式中執行下面代碼:

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>>> i1 = 1000
>>> i2 = 1000
>>> print(i1 is i2)
False

結果爲什麼不同呢?難道是解釋器出問題,還是pycharm軟件出問題了?

這是因爲代碼塊內的緩存機制,和代碼塊與代碼塊之間的緩存機制不同!

Python在執行同一個代碼塊的初始化對象的命令時,會檢查是否其值是否已經存在,如果存在,會將其重用。換句話說:執行同一個代碼塊時,遇到初始化對象的命令時,他會將初始化的這個變量與值存儲在一個字典中,在遇到新的變量時,會先在字典中查詢記錄,如果有同樣的記錄那麼它會重複使用這個字典中的之前的這個值。所以在你給出的例子中,文件執行時(同一個代碼塊)會把i1、i2兩個變量指向同一個對象。

如果是不同的代碼塊,他就會看這個兩個變量是否是滿足小數據池的數據,如果是滿足小數據池的數據則會指向同一個地址。所以:i1、i2賦值語句分別被當作兩個代碼塊執行,但是他們不滿足小數據池的數據所以會得到兩個不同的對象,因而is判斷返回False。

更多驗證:

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# 雖然在同一個文件中,但是是不同的代碼塊,不滿足小數據池(駐存機制),則指向兩個不同的地址。
def func():
    i1 = 1000
    print(id(i1))  # 2288555806672

def func2():
    i1 = 1000
    print(id(i1))  # 2288557317392

func()
func2()

最後,在深入一點,對於同一個代碼塊的變量複用的問題,只能針對於數字,字符串,bool值,而對於其他數據類型是不成立的。

# 同一個代碼塊下,數字,字符串,bool值的複用成立。
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

# 同一個代碼塊下,元祖,列表,字典的複用不成立。
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
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