'is'运算符与非缓存整数意外地运行

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在使用Python解释器时,我偶然发现了关于is运算符的这个相互矛盾的情况:

如果评估发生在函数中,则返回True,如果在外部完成,则返回False

>>> def func():
...     a = 1000
...     b = 1000
...     return a is b
...
>>> a = 1000
>>> b = 1000
>>> a is b, func()
(False, True)

由于is运算符为所涉及的对象评估id(),这意味着ab在函数int内部声明时指向相同的func实例,但相反,它们在其外部指向不同的对象。

为什么会这样?


注意:我知道在is中描述的identity(==)和相等(Understanding Python's "is" operator)操作之间的区别。另外,我也知道python正在[-5, 256]中描述的范围"is" operator behaves unexpectedly with integers中的整数执行缓存。 这不是这里的情况,因为数字超出了该范围,我确实想要评估身份而不是平等。

python python-3.x int identity python-internals
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tl;博士:

正如reference manual所述:

块是一段Python程序文本,作为一个单元执行。以下是块:模块,函数体和类定义。交互式输入的每个命令都是一个块。

这就是为什么,在函数的情况下,你有一个代码块,其中包含数字文字1000的单个对象,所以id(a) == id(b)将产生True

在第二种情况下,你有两个不同的代码对象,每个代码对象都有自己的文字1000不同的对象,所以id(a) != id(b)

请注意,此行为不会仅与int文字一起显示,您将获得类似的结果,例如,float文字(请参阅here)。

当然,比较对象(显式is None测试除外)应该始终使用等于运算符==而不是is

这里陈述的所有内容都适用于最流行的Python CPython实现。其他实现可能不同,因此在使用它们时不应进行任何假设。


更长的答案:

为了获得更清晰的视图并另外验证这种看似奇怪的行为,我们可以使用code模块直接在dis对象中查找每种情况。

对于函数func

除了所有其他属性外,函数对象还具有__code__属性,允许您查看该函数的已编译字节码。使用dis.code_info,我们可以获得给定函数的代码对象中所有存储属性的漂亮视图:

>>> print(dis.code_info(func))
Name:              func
Filename:          <stdin>
Argument count:    0
Kw-only arguments: 0
Number of locals:  2
Stack size:        2
Flags:             OPTIMIZED, NEWLOCALS, NOFREE
Constants:
   0: None
   1: 1000
Variable names:
   0: a
   1: b

我们只对功能Constantsfunc条目感兴趣。在其中,我们可以看到我们有两个值,None(总是存在)和1000。我们只有一个表示常量1000的int实例。这是调用函数时将分配ab的值。

通过qazxsw poi可以很容易地访问这个值,所以,在函数中查看你的qazxsw poi评估的另一种方法是这样的:

func.__code__.co_consts[1]

当然,这将评估a is b,因为我们指的是同一个对象。

对于每个交互命令:

如前所述,每个交互式命令都被解释为单个代码块:独立解析,编译和评估。

我们可以通过内置的>>> id(func.__code__.co_consts[1]) == id(func.__code__.co_consts[1]) 获取每个命令的代码对象:

True

对于每个赋值语句,我们将得到一个类似的代码对象,如下所示:

compile

>>> com1 = compile("a=1000", filename="", mode="single") >>> com2 = compile("b=1000", filename="", mode="single") 的相同命令看起来相同,但有一个根本区别:每个代码对象>>> print(dis.code_info(com1)) Name: <module> Filename: Argument count: 0 Kw-only arguments: 0 Number of locals: 0 Stack size: 1 Flags: NOFREE Constants: 0: 1000 1: None Names: 0: a com2都有不同的int实例,代表文字com1。这就是为什么,在这种情况下,当我们通过com2论证做1000时,我们实际得到:

a is b

这与我们实际得到的结果一致。

不同的代码对象,不同的内容。


注意:我对源代码中究竟是如何发生这种情况有点好奇,经过挖掘后我相信我终于找到了它。

在编译阶段,co_consts属性由字典对象表示。在>>> id(com1.co_consts[0]) == id(com2.co_consts[0]) False 中,我们实际上可以看到初始化:

co_consts

在编译期间,检查已存在的常量。有关详细信息,请参阅compile.c


Caveats:

  • 链式语句将评估为/* snippet for brevity */ u->u_lineno = 0; u->u_col_offset = 0; u->u_lineno_set = 0; u->u_consts = PyDict_New(); /* snippet for brevity */ 的身份检查 现在应该更清楚为什么以下评估@Raymond Hettinger's answer belowTrue 在这种情况下,通过将两个赋值命令链接在一起,我们告诉解释器将它们一起编译。与函数对象的情况一样,只会创建文字True的一个对象,在计算时会生成>>> a = 1000; b = 1000; >>> a is b 值。
  • 在模块级别执行再次产生1000: 如前所述,参考手册指出: ......以下是块:模块...... 因此同样的前提适用:我们将有一个代码对象(对于模块),因此,为每个不同的文字存储单个值。
  • 同样不适用于可变对象: 这意味着除非我们显式初始化为相同的可变对象(例如,使用a = b = []),否则对象的标识永远不会相等,例如: True 再次,在True中,这是指定的: 在a = 1之后; b = 1,a和b可能会或可能不会引用具有值1的同一对象,具体取决于实现,但在c = []之后; d = [],c和d保证引用两个不同的,唯一的,新创建的空列表。

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在交互式提示符下,条目是a = []; b = [] a is b # always returns false ,它一次处理一个完整的语句。编译器本身(在the documentation中)跟踪名为compiled in a single mode的字典中的常量,该常量将常量对象映射到其索引。

Python/compile.c函数中,您会看到在添加新常量(并递增索引)之前,将检查dict以查看常量对象和索引是否已存在。如果是这样,它们将被重用。

简而言之,这意味着一个语句中的重复常量(例如在函数定义中)被折叠成一个单例。相比之下,你的u_constscompiler_add_o()是两个单独的陈述,因此不会发生折叠。

FWIW,这只是一个CPython实现细节(即语言无法保证)。这就是为什么这里给出的引用是C源代码而不是语言规范,它不能保证主题。

希望您喜欢CPython如何在引擎盖下工作的洞察力:-)

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