Python中is和==的區別

runstone發表於2020-09-26
Python

python有很多運算子，其中is和==用的會比較多。此二者有些時候可以通用，作為相等比值來使用。但是有些時候二者是不能劃等號的：比如：

a = 257
b = 257
print(a is b)
print(a == b)

out1: False
out2: True

很顯然能看到a is b與a == b的返回值並不相等。這是為什麼呢？

首先在講is和==之前，我們要知道python的物件包含 三個基本要素：id(身份標識)，type(物件型別)，value(物件值)

==比較運算子和is同一性運算子區別

  • ==是python標準運算子中的比較運算子，用來比較判斷兩個物件的value(值)是否相等，例如下面兩個字串間的比較：
>>> a = 'cheesezh'
>>> b = 'cheesezh'
>>> a == b
True
  • is也被叫做同一性運算子，這個運算子比較判斷的是物件間的唯一身份標識，也就是id是否相同。透過對下面幾個list間的比較，你就會明白is同一性運算子的工作原理：
>>> x = y = [4,5,6]
>>> z = [4,5,6]
>>> x == y
True
>>> x == z
True
>>> x is y
True
>>> x is z
False
>>>
>>> print id(x)
3075326572
>>> print id(y)
3075326572
>>> print id(z)
3075328140

前三個例子都是True，這什麼最後一個是False呢？x、y和z的值是相同的，所以前兩個是True沒有問題。至於最後一個為什麼是False，看看三個物件的id分別是什麼就會明白了。

  • 最後看一下這個，再來理解一下is和==的區別：
>>> a = 1 #a和b為數值型別
>>> b = 1
>>> a is b
True
>>> id(a)
14318944
>>> id(b)
14318944
>>> a = 'cheesezh' #a和b為字串型別
>>> b = 'cheesezh'
>>> a is b
True
>>> id(a)
42111872
>>> id(b)
42111872
>>> a = (1,2,3) #a和b為元組型別
>>> b = (1,2,3)
>>> a is b
False
>>> id(a)
15001280
>>> id(b)
14790408
>>> a = [1,2,3] #a和b為list型別
>>> b = [1,2,3]
>>> a is b
False
>>> id(a)
42091624
>>> id(b)
42082016
>>> a = {'cheese':1,'zh':2} #a和b為dict型別
>>> b = {'cheese':1,'zh':2}
>>> a is b
False
>>> id(a)
42101616
>>> id(b)
42098736
>>> a = set([1,2,3])#a和b為set型別
>>> b = set([1,2,3])
>>> a is b
False
>>> id(a)
14819976
>>> id(b)
14822256

總結

>>> x = -5
>>> y = -5
>>> x is y
True
>>> 
>>> x = -6
>>> y = -6
>>> x is y
False
>>> 
>>> x = 256
>>> y = 256
>>> x is y
True
>>> x = 257
>>> y = 257
>>> x is y
False
>>> 

# 數字限於[-5, 257)

事實上Python 為了最佳化速度，使用了小整數物件池，避免為整數頻繁申請和銷燬記憶體空間。而Python 對小整數的定義是 [-5, 257)，只有數字在-5到256之間它們的id才會相等，超過了這個範圍就不行了，同樣的道理，字串物件也有一個類似的緩衝池，超過區間範圍內自然不會相等了。

總的來說，只有數值型和字串型，並且在通用物件池中的情況下，a is b才為True，否則當a和b是int，str，tuple，list，dict或set型時，a is b均為False。

擴充：

python在字串上也有一種機制，為python intern機制，又稱字串駐留。

  • 它是python直譯器用來提高字串使用的效率和使用效能做的最佳化。其原理就是同樣的字串物件僅僅會被儲存一份，放在一個字串儲蓄池中，是共用的。
  • intern機制的優缺點：
    • 優點：在建立新的字串時，會現在快取池中查詢是否有值相同的物件（識別符號，即只包含字母、數字、下劃線的字元），如果有，則直接拿過來用（引用），避免頻繁的建立和銷燬記憶體，提升效率。
    • 缺點：在拼接字串時，或者在改動字串時會極大的影響效能。原因是字串在Python當中是不可變物件，所以對字串的改動不是inplace（原地）操作，需要新開闢記憶體地址，新建物件。這也是為什麼拼接字串的時候不建議用‘+’而是用join()。join()是先計算出全部字串的長度，然後再一一複製，僅僅建立一次物件。
  • 儲蓄池本身是一個字典結構。直譯器內部對intern機制的使用是有考究的，有些情況會觸發，有些情況不會觸發。
  • 在shell環境中，通常僅僅包括字母、數字、下劃線的字串才會被intern，一般不超過20個字元。

看下面一些栗子：

# 字串僅包含字母、數字、下劃線
>>> a = 'wtf_'
>>> b = 'wtf_'
>>> a is b
True
>>> a = 'wtf_1'
>>> b = 'wtf_1'
>>> a is b
True
>>> b = 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz_1'
>>> a = 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz_1'
>>> a is b
True

# 字串拼接
>>> a = 'opq'
>>> b = 'o' + 'pq'
>>> id(a)
66832910
>>> id(b)
66832910

# 用變數去連線字串和字串連線字串是不一樣的
>>> a = 'opq'
>>> b = 'op'
>>> c = b + 'q'
>>> d = 'op' + 'q'
>>> a is c
False
>>> a is d
True
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