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詳解Python中神奇的字符串駐留機(jī)制

 更新時(shí)間：2023年04月06日 08:31:07   作者：田辛?|?田豆芽  
字符串駐留機(jī)制是Python針對(duì)字符串對(duì)象采取的一種內(nèi)存優(yōu)化技術(shù)。其目標(biāo)是減少內(nèi)存使用并提高程序的性能。這篇文章主要介紹了字符串駐留機(jī)制的簡(jiǎn)單應(yīng)用，需要的可以參考一下

今天有一個(gè)初學(xué)者在學(xué)習(xí)Python的時(shí)候又整不會(huì)了。 原因是以下代碼：

a = [1, 2, 3]  
b = [1, 2, 3]  
if a is b:  
    print("a and b point to the same object")  
else:  
    print("a and b point to different objects")

運(yùn)行結(jié)果是a and b point to different objects。

然后他又試了字符串對(duì)象。

str1 = "hello"  
str2 = "hello"  
  
if str1 is str2:  
    print("str1 and str2 are the same object")  
else:  
    print("str1 and str2 are different objects")

運(yùn)行結(jié)果是：str1 and str2 are the same object

他找到田辛老師詢問(wèn)原因。 于是有了今天這篇文章：Python中的字符串駐留機(jī)制。

1 什么是字符串駐留機(jī)制

字符串駐留機(jī)制是Python針對(duì)字符串對(duì)象采取的一種內(nèi)存優(yōu)化技術(shù)。其目標(biāo)是減少內(nèi)存使用并提高程序的性能。

在Python中，字符串是不可變的對(duì)象，一旦創(chuàng)建，就不能被修改。因此，如果我們創(chuàng)建了兩個(gè)字符串，它們將占用兩個(gè)不同的內(nèi)存位置。但是，如果這些字符串是相同的，那么它們將被Python自動(dòng)合并為一個(gè)對(duì)象，這就是字符串駐留機(jī)制。

Python中的字符串駐留機(jī)制是通過(guò)使用intern機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè)字符串時(shí)，Python會(huì)檢查字符串池中是否已經(jīng)存在相同的字符串。如果是，它將返回現(xiàn)有的字符串對(duì)象的引用，而不是創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象。這樣，我們可以在不占用額外內(nèi)存的情況下使用相同的字符串。

2 如何使用字符串駐留機(jī)制

Python的字符串駐留機(jī)制在不同版本之間有一些變化。下面是一些主要的變化：

1.Python 2.x和Python 3.x的字符串駐留機(jī)制不同。在Python 2.x中，只有長(zhǎng)度為1的字符串才會(huì)被駐留。而在Python 3.x中，長(zhǎng)度為0到20的字符串都會(huì)被駐留。 （更長(zhǎng)的田辛老師試過(guò)，似乎都可以）

2.在Python 3.7之前，字符串駐留機(jī)制只適用于ASCII字符集中的字符串。這意味著只有ASCII字符集中的字符串才會(huì)被駐留。但是，在Python 3.7中，這個(gè)限制已經(jīng)被取消，所有字符串都可以被駐留。

3.在Python 3.8中，字符串駐留機(jī)制的實(shí)現(xiàn)發(fā)生了變化。在之前的版本中，字符串池是一個(gè)全局的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所有的字符串都存儲(chǔ)在其中。但是，在Python 3.8中，字符串池被改為了一個(gè)線程局部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個(gè)線程都有自己的字符串池。這樣可以提高多線程程序的性能。

需要注意的是，字符串駐留機(jī)制是Python的一種優(yōu)化技術(shù)，它并不是Python語(yǔ)言規(guī)范的一部分。因此，不同的Python實(shí)現(xiàn)（如CPython、Jython、IronPython等）可能會(huì)有不同的字符串駐留機(jī)制實(shí)現(xiàn)。

正是因?yàn)樯厦娴淖兓?所以有的時(shí)候田辛老師覺(jué)得字符串駐留在面向內(nèi)存的時(shí)候是友好的， 但確實(shí)會(huì)給新手帶來(lái)一些不便。

作為新手， 田辛老師提供一個(gè)手動(dòng)使用字符串駐留的例子：

import sys 

# 使用sys.intern()函數(shù)啟用字符串駐留機(jī)制 
str3 = sys.intern("hello") 
str4 = sys.intern("hello") 

# 使用is關(guān)鍵字比較兩個(gè)字符串是否相同 
if str3 is str4: 
    print("str3 and str4 are the same object") 
else: 
    print("str3 and str4 are different objects")

上面的例子中，田辛老師使用sys.intern()函數(shù)將字符串“hello”添加到字符串池中，并將返回的引用分配給str3和str4。然后，我們?cè)俅问褂胕s關(guān)鍵字比較它們是否相同。由于它們是相同的對(duì)象，因此輸出結(jié)果為“str3 and str4 are the same object”。

3 簡(jiǎn)單拼接駐留， 運(yùn)行時(shí)不駐留

我們來(lái)看下面的代碼：

str5 = 'tianxin' + 'training'  
print(str5 is 'tianxintraining')  
  
str6 = 'tianxin'  
str7 = 'training'  
print((str6 + str7) is 'tianxintraining')

大家可以猜一猜輸出結(jié)果是什么？ 是兩個(gè)true，還是一個(gè)true一個(gè)false?

答案是：

True
False

為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況呢？ 第一個(gè)打印，是兩個(gè)字符串簡(jiǎn)單拼接， 那么就會(huì)實(shí)現(xiàn)字符串駐留。 但是， 一旦是變量拼接字符串機(jī)制就不能用了。

關(guān)于這一點(diǎn)， 田辛老師通過(guò)如下代碼帶領(lǐng)大家查看一下上述兩個(gè)處理的匯編執(zhí)行過(guò)程：

import dis  
  
  
def pro1():  
    str5 = 'tianxin' + 'training'  
    print(str5 is 'tianxintraining')  
  
  
def pro2():  
    str6 = 'tianxin'  
    str7 = 'training'  
    print((str6 + str7) is 'tianxintraining')  
  
  
print('================================================================')  
dis.dis(pro1)  
print('================================================================')  
dis.dis(pro2)

輸出結(jié)果：

================================================================
 20           0 LOAD_CONST               1 ('tianxintraining')
              2 STORE_FAST               0 (str5)

 21           4 LOAD_GLOBAL              0 (print)
              6 LOAD_FAST                0 (str5)
              8 LOAD_CONST               1 ('tianxintraining')
             10 IS_OP                    0
             12 CALL_FUNCTION            1
             14 POP_TOP
             16 LOAD_CONST               0 (None)
             18 RETURN_VALUE
================================================================
 25           0 LOAD_CONST               1 ('tianxin')
              2 STORE_FAST               0 (str6)

 26           4 LOAD_CONST               2 ('training')
              6 STORE_FAST               1 (str7)

 27           8 LOAD_GLOBAL              0 (print)
             10 LOAD_FAST                0 (str6)
             12 LOAD_FAST                1 (str7)
             14 BINARY_ADD
             16 LOAD_CONST               3 ('tianxintraining')
             18 IS_OP                    0
             20 CALL_FUNCTION            1
             22 POP_TOP
             24 LOAD_CONST               0 (None)
             26 RETURN_VALUE

進(jìn)程已結(jié)束,退出代碼0

我們可以看到， Python的解釋器對(duì)這種簡(jiǎn)單的字符串拼接在形成字符碼的時(shí)候，就已經(jīng)進(jìn)行了拼接。 str5 你寫不寫成拼接的形式都是一樣的。

4 總結(jié)

Python的字符串駐留機(jī)制是一種優(yōu)化技術(shù)，它可以減少內(nèi)存使用并提高程序的性能。它的做法的基礎(chǔ)是Python字符串對(duì)象的不可改變的特性。 當(dāng)然， 不同的Python版本對(duì)于字符串駐留機(jī)制的處理不同可能會(huì)給初學(xué)者帶來(lái)一些麻煩。 Python學(xué)習(xí)者必須要面對(duì)的一個(gè)問(wèn)題。

5 全部代碼

上面已經(jīng)有了關(guān)于輸出匯編的全部代碼， 就不再重新輸出了。 只展示字符串駐留部分的代碼：

#!/usr/bin/env python  
# -*- coding:utf-8 -*-  
"""  
#-----------------------------------------------------------------------------  
#                     --- TDOUYA STUDIOS ---  
#-----------------------------------------------------------------------------  
#  
# @Project : di08-tdd-cdg-python-learning  
# @File    : str_intern.py  
# @Author  : tianxin.xp@gmail.com  
# @Date    : 2023/4/5 10:34  
#  
# 代碼說(shuō)明  
#  
#--------------------------------------------------------------------------"""  
import sys  
  
a = [1, 2, 3]  
b = [1, 2, 3]  
if a is b:  
    print("a and b point to the same object")  
else:  
    print("a and b point to different objects")  
  
str1 = "hello"  
str2 = "hello"  
  
if str1 is str2:  
    print("str1 and str2 are the same object")  
else:  
    print("str1 and str2 are different objects")  
  
# 使用sys.intern()函數(shù)啟用字符串駐留機(jī)制  
str3 = sys.intern("hello")  
str4 = sys.intern("hello")  
  
# 使用is關(guān)鍵字比較兩個(gè)字符串是否相同  
if str3 is str4:  
    print("str3 and str4 are the same object")  
else:  
    print("str3 and str4 are different objects")  
  
str5 = 'tianxin' + 'training'  
print(str5 is 'tianxintraining')  
  
str6 = 'tianxin'  
str7 = 'training'  
print((str6 + str7) is 'tianxintraining')

執(zhí)行結(jié)果：警告可忽略

D:\python-grp\miniconda_env\py3.10\python.exe E:\develop\python\di08-tdd-cdg-python-learning\src\std_str_intern\str_intern.py 
a and b point to different objects
str1 and str2 are the same object
str3 and str4 are the same object
True
False
E:\develop\python\di08-tdd-cdg-python-learning\src\std_str_intern\str_intern.py:44: SyntaxWarning: "is" with a literal. Did you mean "=="?
  print(str5 is 'tianxintraining')
E:\develop\python\di08-tdd-cdg-python-learning\src\std_str_intern\str_intern.py:48: SyntaxWarning: "is" with a literal. Did you mean "=="?
  print((str6 + str7) is 'tianxintraining')

進(jìn)程已結(jié)束,退出代碼0

到此這篇關(guān)于詳解Python中神奇的字符串駐留機(jī)制的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python字符串駐留機(jī)制內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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