Python进阶 - 对象，名字以及绑定

Python进阶 - 对象，名字以及绑定

写在前面

1、一切皆对象

Python

哲学：


1.1 数据模型-对象，值以及类型
对象是

Python

对数据的抽象。

Python

程序中所有的数据都是对象或对象之间的关系表示的。(在某种意义上，为顺应冯·诺依曼“存储式计算机”的模型，

Python

中的代码也是对象。)

Python

中每一个对象都有一个身份标识，一个值以及一个类型。对象创建后，其身份标识绝对不会改变；可以把身份标识当做对象在内存中的地址。

is

操作符比较两个对象的身份标识；

id()

函数返回表示对象身份标识的整数。

CPython实现细节： 在

CPython

解释器的实现中，

id(x)

函数返回存储

x

的内存地址

对象的类型决定了对象支持的操作(例如，对象有长度么？)，同时也决定了该类型对象可能的值。

type()

函数返回对象的类型(这个类型本身也是一个对象)。与其身份标识一样，对象的类型也是不可改变的[1]。

一些对象的值可以改变。可改变值的对象也称作可变的(mutable)；一旦创建，值恒定的对象也叫做 不可变的(immutable)。(当不可变容器对象中包含对可变对象的引用时，可变对象值改变时，这个不可变容器对象值也被改变了；然而，不可变容器对象仍被认为是不可变的，因为对象包含的值集合确实是不可改变的。因此，不可变性不是严格等同于拥有不可变的值，它很微妙。) (译注：首先不可变容器对象的值是一个集合，集合中包含了对其他对象的引用；那么这些引用可以看做地址，即使地址指向的内容改变了，集合中的地址本身是没有改变的。所以不可变容器对象还是不可变对象。) 对象的可变性取决于其类型；例如，数字，字符串和元组是不可变的，但字典和列表是可变的。

对象从不显式销毁；当对象不可达时会被垃圾回收(译注：对象没有引用了)。一种解释器实现允许垃圾回收延时或者直接忽略——这取决于垃圾回收是如何实现的，只要没有可达对象被回收。

CPython实现细节：

CPython

解释器实现使用引用计数模式延时探测循环链接垃圾，这种方式可回收大多数不可达对象，但并不能保证循环引用的垃圾被回收。查看

gc

模块的文档了解控制循环垃圾回收的更多信息。其他解释器实现与

CPython

不同，

CPython

实现将来也许会改变。因此不能依赖垃圾回收器来回收不可达对象(因此应该总是显式关闭文件对象。)。

需要注意，使用工具的调试跟踪功能可能会导致应该被回收的对象一直存活，使用

try

...

except

语句捕获异常也可以保持对象的存活。

一些对象引用了如文件或者窗口的外部资源。不言而喻持有资源的对象被垃圾回收后，资源也会被释放，但因为没有机制保证垃圾回收一定会发生，这些资源持有对象也提供了显式释放外部资源的方式，通常使用

close()

方法。强烈推荐在程序中显式释放资源。

try

...

finally

语句和

with

语句为释放资源提供了便利。

一些对象包含对其他对象的引用，这些对象被称作 容器。元组，列表和字典都是容器。引用的容器值的一部分。大多数情况下，谈论容器的值时，我们暗指容器包含的对象值集合，而不是对象的身份标识集合；然而，谈论容器的可变性时，我们暗指容器包含的对象的身份标识。因此，如果不可变对象(如元组)包含对可变对象的引用，可变对象改变时，其值也改变了。

类型影响对象的绝大多数行为。在某些情况下甚至对象的身份标识的重要性也受到影响：对于不可变类型，计算新值的操作实际上可能会返回已存在的，值和类型一样的对象的引用，然而对于可变对象来说这是不可能的。例如，语句

a = 1; b = 1

执行之后，

a

和

b

可能会也可能不会引用具有相同值得同一个对象，这取决于解释器实现。但是语句

c = []; d = []

执行之后，可以保证

c

和

d

会指向不同的，唯一的新创建的空列表。(注意

c = d = []

分配相同的对象给

c

和

d

)

Note： 以上翻译自 《The Python Language References#Data model# Objects, values, types》 3.6.1版本。

1.2 对象小结
官方文档已经对

Python

对象做了详细的描述，这里总结一下。

对象的三个特性：

身份标识

唯一标识对象；不可变；

CPython

解释器实现为对象的内存地址。

操作：

id()

，内建函数

id()

函数返回标识对象的一个整数；

is

比较两个对象的身份标识。

示例：

>>> id(1)
1470514832
>>> 1 is 1
True

类型

决定对象支持的操作，可能的值；不可变。

操作：

type()

，内建函数返回对象的类型

示例：

>>> type('a')
<class 'str'>

值

数据，可变/不可变

操作：

==

操作符用于比较两个对象的值是否相等，其他比较运算符比较对象间大小情况。

示例：

>>> 'python'
'python'
>>> 1 == 2
False

可变与不可变：一般认为，值不可变的对象是不可变对象，值可变的对象是可变对象，但是要注意不可变集合对象包含可变对象引用成员的情况。

Python

中的对象：

# -*- coding: utf-8 -*-
# filename: hello.py

'a test module'

__author__ = 'Richard Cheng'

import sys

class Person(object):
''' Person class'''

def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age

def tset():
print(sys.path)
p = Person('Richard', 20)
print(p.name, ':', p.age)

def main():
tset()

if __name__ == '__main__':
main()

这段

Python

代码中有很多对象，包括

hello

这个模块对象，创建的

Person

类对象，几个函数如

test

,

main

函数对象，数字，字符串，甚至代码本身也是对象。

2、名字即“变量”

几乎所有语言中都有“变量”的说法，严格说来，

Python

中的变量不应该叫变量，称为名字更加贴切。

以下翻译自 Code Like a Pythonista: Idiomatic Python # Python has "names"

2.1 其他语言有变量
其他语言中，为变量分配值就像将值放到“盒子”里。

int a = 1;

盒子

a

现在有了一个整数

1

。

为同一个变量分配值替换掉盒子的内容：

a =2;

现在盒子

a

中放了整数

2

将一个变量分配给另一个变量，拷贝变量的值，并把它放到新的盒子里：

int b = a;

b

是第二个盒子，装有整数2的拷贝。盒子

a

有一份单独的拷贝。

2.2 Python有名字

Python

中，名字或者标识符就像将一个标签捆绑到对象上一样。

a = 1

这里，整数对象

1

有一个叫做

a

的标签。

如果重新给

a

分配值，只是简单的将标签移动到另一个对象：

a = 2

现在名字

a

贴到了整数对象

2

上面。原来的整数对象1不再拥有标签

a

，或许它还存在，但是不能通过标签

a

访问它了(当对象没有任何引用时，会被回收。)

如果将一个名字分配给另一名字，只是将另一个名字标签捆绑到存在的对象上：

b = a

名字

b

只是绑定到与

a

引用的相同对象上的第二个标签而已。

虽然在

Python

中普遍使用“变量”(因为“变量”是普遍术语)，真正的意思是名字或者标识符。

Python

中的变量是值得标签，不是装值得盒子。

2.3 指针？引用？名字？

C/C++

中有指针，

Java

中有引用，

Python

中的名字在一定程度上等同于指针和引用。

2.1节中其他语言的例子，也只是针对于它们的基本类型而言的，若是指针或者引用，表现也跟

Python

的名字一样。这也在一定程度上说明了

Python

将面向对象贯彻得更加彻底。

2.4 名字支持的操作
可以对一个变量做什么？声明变量，使用变量，修改变量的值。名字作为

Python

中的一个重要概念，可以对它做的操作有：

定义；名字需要先定义才能使用，与变量需要先声明一样。

绑定：名字的单独存在没有意义，必须将它绑定到一个对象上。

重绑定：名字可以重新引用另一个对象，这个操作就是重绑定。

引用：为什么要定义名字，目的是使用它。

3、绑定的艺术

名字以及对象，它们之间必然会发生些什么。

3.1 变量的声明
其他如

C/C++

和

Java

的高级语言，变量在使用前需要声明，或者说定义。以下在

Java

中声明变量：

public static void main(String[] args) {
int i = 0; // 先声明，后使用
System.out.println(i); // 使用变量i
}

这样，在可以访问到变量

i

所在作用域的地方，既可以使用

i

了。还有其他声明变量的方法么？好像没有了。

3.2 名字的定义

Python

中有多种定义名字的途径，如函数定义，函数名就是引用函数对象的名字；类定义，类名就是指向类对象的名字，模块定义，模块名就是引用模块对象的名字；当然，最直观的还是赋值语句。

赋值语句

官方对赋值语句做了这样的说明(地址)：


即：


那么，我们关心的，就是赋值语句将名字和值(对象)绑定起来了。

看一个简单的赋值语句：

a = 9

Python

在处理这条语句时:

首先在内存中创建一个对象，表示整数

9

:



然后创建名字

a

，并把它指向上述对象：



上述过程就是通过赋值语句的名字对象绑定了。名字首次和对象绑定后，这个名字就定义在当前命名空间了，以后，在能访问到这个命名空间的作用域中可以引用该名字了。

3.3 引用不可变对象
定义完名字之后，就可以使用名字了，名字的使用称为“引用名字”。当名字指向可变对象和不可变对象时，使用名字会有不同的表现。

a = 9       #1
a = a + 1   #2

语句1执行完后，名字

a

指向表示整数

9

的对象：



由于整数是不可变对象，所以在语句2处引用名字

a

，试图将表示整数

9

的对象

+ 1

，但该对象的值是无法改变的。因此就将该对象表示的整数值

9

加

1

，以整数

10

新建一个整数对象：



接下来，将名字

a

重绑定

到新建对象上，并移除名字对原对象的引用：



使用

id()

函数，可以看到名字

a

指向的对象地址确实发生了改变：

>>> a = 9
>>> id(a)
1470514960
>>> a = a + 1
>>> id(a)
1470514976

3.4 引用可变对象
3.4.1 示例1：改变可变对象的值
可变对象可以改变其值，并且不会造成地址的改变：

>>> list1 = [1]
>>> id(list1)
42695136
>>> list1.append(2)
>>> id(list1)
42695136
>>> list1
[1, 2]
>>>

执行语句

list1 = [1]

，创建一个

list

对象，并且其值集中添加

1

，将名字

list1

指向该对象：



执行语句

list1.append(2)

，由于

list

是可变对象，可以直接在其值集中添加

2

：



值得改变并没有造成

list1

引用的对象地址的改变。

3.4.2 示例2：可变对象循环引用
再来看一个比较“奇怪”的例子：

values = [1, 2, 3]
values[1] = values
print(values)

一眼望去，期待的结果应该是

[1, [1, 2, 3], 3]

但实际上结果是：

[1, [...], 3]

我们知道

list

中的元素可以是各种类型的，

list

类型是可以的：



3.4.3 示例3：重绑定可变对象
观察以下代码段：

>>> list1 = [1]
>>> id(list1)
42695136
>>> list1 = [1, 2]
>>> id(list1)
42717432

两次输出的名字

list1

引用对象的地址不一样，这是因为第二次语句

list 1 = [1, 2]

对名字做了重绑定：



3.5 共享对象
当两个或两个以上的名字引用同一个对象时，我们称这些名字共享对象。共享的对象可变性不同时，表现会出现差异。

3.5.1 共享不可变对象
函数

attempt_change_immutable

将参数

i

的值修改为

2

def attempt_change_immutable(i):
i = 2

i = 1
print(i)
attempt_change_immutable(i)
print(i)

Output:

1
1

如果你对输出不感到意外，说明不是新手了 ^_^。

首先，函数的参数

i

与全局名字

i

不是在同一命名空间中，所以它们之间不相互影响。

调用函数时，将两个名字

i

都指向了同一个整数对象。

函数中修改

i

的值为

2

, 因为整数对象不可变，所以新建值为

2

的整数对象，并把函数中的名字

i

绑定到对象上。

全局名字

i

的绑定关系并没有被改变。





值得注意的是，这部分内容与命名空间和作用域有关系，另外有文章介绍它们，可以参考。

3.5.2 共享可变对象
函数

attempt_change_mutable

为列表增加字符串。

def attempt_change_mutable(list_param):
list_param.append('test')

list1 = [1]
print(list1)
attempt_change_mutable(list1)
print(list1)

output:

[1]
[1, 'test']

可以看到函数成功改变了列表

list1

的值。传递参数时，名字

list_param

引用了与名字

list1

相同的对象，这个对象是可变的，在函数中成功修改了对象的值。

首先，名字

list_param

与名字

list1

指向对象：



然后，通过名字

list_param

修改了对象的值：



最后，这个修改对名字

list1

可见。

3.6 绑定何时发生
总的来说，触发名字对象绑定的行为有以下一些：

赋值操作；

a = 1

函数定义；

def test():
pass

将名字

test

绑定到函数对象

类定义：

class Test(object):
pass

将名字

Test

绑定到类对象

函数传参；

def test(i):
pass
test(1)

将名字

i

绑定到整数对象

1

import

语句：

import sys

将名字

sys

绑定到指定模块对象。

for

循环

for i in range(10):
pass

每次循环都会绑定/重绑定名字

i

as

操作符

with open('dir', 'r') as f:
pass

try:
pass
except NameError as ne:
pass

with open

语句，异常捕获语句中的

as

都会发生名字的绑定

4、其他说明

待续。。。

参考

The Python Language References#Data model# Objects, values, types

Python的名字绑定

Python一切皆对象

Code Like a Pythonista: Idiomatic Python

python基础（5）：深入理解 python 中的赋值、引用、拷贝、作用域

脚注

[1] 在特定的控制条件下，改变对象的类型是可能的。但不是一种明智的做法，如果处理不当的话，会发生一些奇怪的行为。