序列片的Python恒等式

Question

我注意到了一些具有“身份”的东西，即由id()返回的某些序列类型的切片的值，这些片段是我根本无法理解的。我在列表和字符串中看到了它，这使我认为它与CPython中的序列或片的实现有关。

如3.数据模型- Python 3.11.0文档所涵盖的那样

CPython实现细节:对于CPython，id(x)是存储x的内存地址。

>>> l = list(range(10))
>>> l
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>>
>>> l[3]
3
>>> l[7]
7
>>>
>>> id(l)
1931973192256
>>> id(l[3])
1931941276016
>>> id(l[7])
1931941276144

到目前为止，没有什么不寻常之处，因为我希望看到列表对象的不同内存地址，而不是从列表中返回的单个元素。但是，当我查看列表的切片时，内存地址对我来说没有意义：

>>> l[2:]
[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> l[5:]
[5, 6, 7, 8, 9]
>>> l[3:9]
[3, 4, 5, 6, 7, 8]
>>> l[:-6]
[0, 1, 2, 3]
>>>
>>> id(l[2:])
2813785568448
>>> id(l[5:])
2813784049664
>>> id(l[3:9])
2813784049664
>>> id(l[:-6])
2813784049664
>>> id(l[2:])
2813784049664

在列表的第一个切片之后，id()将返回相同的值，而不管该切片之后是什么样子。

我的问题是，当一个列表被切片时，id()返回内存地址到底是什么？而后续，为什么第一和第二片的身份不同，但之后的切片是相同的，包括第一片？

Answer 1

这种行为是因为Cpython的优化。让我们从

>>> l[2:]

切片一个列表总是创建一个新列表。。因为分配和释放列表对象是一项昂贵的操作，所以python解释器会跟踪PyListObject。

/* Empty list reuse scheme to save calls to malloc and free */
#ifndef PyList_MAXFREELIST
#  define PyList_MAXFREELIST 80
#endif

struct _Py_list_state {
#if PyList_MAXFREELIST > 0
    PyListObject *free_list[PyList_MAXFREELIST];
    int numfree;
#endif
};

所以当你要求一个新的名单(记住切片也创建了一个新的列表)是从此免费列表中送达(如果可用的话)。

if (PyList_MAXFREELIST && state->numfree) {
        state->numfree--;
        op = state->free_list[state->numfree];
        OBJECT_STAT_INC(from_freelist);
        _Py_NewReference((PyObject *)op);
}

由于您要立即丢弃list对象，所以python解释器调用list_dealloc，这将恢复这个free_list。

if (state->numfree < PyList_MAXFREELIST && PyList_CheckExact(op)) {
        state->free_list[state->numfree++] = op;
        OBJECT_STAT_INC(to_freelist);
}

当您下次进行切片时，实际上是从free_list获得对同一个list对象的引用。