为什么`is`操作符在脚本与REPL中的行为不同？

Question

在python中，两个代码有不同的结果：

a = 300
b = 300
print (a==b)
print (a is b)      ## print True
print ("id(a) = %d, id(b) = %d"%(id(a), id(b))) ## They have same address

但是在shell模式下（交互模式）：

>>> a = 300
>>> b = 300
>>> a is b
False
>>> id(a)
4501364368
>>> id(b)
4501362224

“是”运算符有不同的结果。

Answer 1

当您在.py脚本中运行代码时，在执行代码对象之前，整个文件都是compiled。在这种情况下，CPython能够进行某些优化 - 比如为整数300重用相同的实例。

您还可以在REPL中重现它，方法是在更接近脚本执行的上下文中执行代码：

>>> source = """\ 
... a = 300 
... b = 300 
... print (a==b) 
... print (a is b)## print True 
... print ("id(a) = %d, id(b) = %d"%(id(a), id(b))) ## They have same address 
... """
>>> code_obj = compile(source, filename="myscript.py", mode="exec")
>>> exec(code_obj) 
True
True
id(a) = 140736953597776, id(b) = 140736953597776

其中一些优化非常具有攻击性。您可以修改脚本行b = 300将其更改为b = 150 + 150，并且CPython仍然会将b“折叠”为相同的常量。如果您对此类实现细节感兴趣，请在peephole.c和Ctrl + F中查看“consts表”。

相反，当您直接在REPL中逐行运行代码时，它将在不同的上下文中执行。每行都以“单一”模式编译，并且此优化不可用。

>>> scope = {} 
>>> lines = source.splitlines()
>>> for line in lines: 
...     code_obj = compile(line, filename="<I'm in the REPL, yo!>", mode="single") 
...     exec(code_obj, scope) 
...
True
False
id(a) = 140737087176016, id(b) = 140737087176080
>>> scope['a'], scope['b']
(300, 300)
>>> id(scope['a']), id(scope['b'])
(140737087176016, 140737087176080)

Answer 2

实际上有两件事需要了解CPython及其行为。首先，[-5, 256]范围内的小整数在内部实现。因此，即使在REPL中，落在该范围内的任何值都将共享相同的id：

>>> a = 100
>>> b = 100
>>> a is b
True

由于300> 256，它没有被实习：

>>> a = 300
>>> b = 300
>>> a is b
False

其次，在脚本中，文字被放入编译代码的常量部分。 Python足够聪明地意识到，因为a和b都引用了文字300而且300是一个不可变对象，所以它可以继续并引用相同的常量位置。如果你稍微调整你的脚本并将其写为：

def foo():
    a = 300
    b = 300
    print(a==b)
    print(a is b)
    print("id(a) = %d, id(b) = %d" % (id(a), id(b)))


import dis
dis.disassemble(foo.__code__)

输出的开头部分如下所示：

2           0 LOAD_CONST               1 (300)
            2 STORE_FAST               0 (a)

3           4 LOAD_CONST               1 (300)
            6 STORE_FAST               1 (b)

...

如您所见，CPython使用相同的常量槽加载a和b。这意味着a和b现在引用相同的对象（因为它们引用相同的槽），这就是为什么a is b在脚本中是True而在REPL中不是。

如果将语句包装在函数中，您也可以在REPL中看到此行为：

>>> import dis
>>> def foo():
...   a = 300
...   b = 300
...   print(a==b)
...   print(a is b)
...   print("id(a) = %d, id(b) = %d" % (id(a), id(b)))
...
>>> foo()
True
True
id(a) = 4369383056, id(b) = 4369383056
>>> dis.disassemble(foo.__code__)
  2           0 LOAD_CONST               1 (300)
              2 STORE_FAST               0 (a)

  3           4 LOAD_CONST               1 (300)
              6 STORE_FAST               1 (b)
# snipped...

底线：虽然CPython有时会进行这些优化，但你不应该真正依赖它 - 它实际上是一个实现细节，而且它们随着时间的推移而发生变化（CPython以前只对100个整数执行此操作）例）。如果您要比较数字，请使用==。 :-)