Python 中的引用和類屬性的理解

pythontab發表於2014-05-16
Python

最近對Python 的物件引用機制稍微研究了一下，留下筆記，以供查閱。

首先有一點是明確的：「Python 中一切皆物件」。

那麼，這到底意味著什麼呢？

如下程式碼：

#!/usr/bin/env python
a = [0, 1, 2] # 來個簡單的list
# 最初，list 和其中各個元素的id 是這樣的。
print 'origin'
print id(a),a
for x in a:
    print id(x), x
print '----------------------'
# 我們把第一個元素改改
print 'after change a[0]'
a[0] = 4
print id(a),a
for x in a:
    print id(x), x
print '----------------------'
# 我們再把第二個元素改改
print 'after change a[1]'
a[1] = 5
print id(a),a
for x in a:
    print id(x), x
print '----------------------'
# 回頭看看直接寫個0 ，id是多少
print 'how about const 0?'
print id(0), 0

執行結果如下： 

PastgiftMacbookPro:python pastgift$ ./refTest.py 
Origin
4299760200 [0, 1, 2]
4298181328 0
4298181304 1
4298181280 2
----------------------
after change a[0]
4299760200 [4, 1, 2]
4298181232 4
4298181304 1
4298181280 2
----------------------
after change a[1]
4299760200 [4, 5, 2]
4298181232 4
4298181208 5
4298181280 2
----------------------
how about const 0?
4298181328 0

從「Origin」部分來看，list 中各個元素的地址之間都正好相差24，依次指向各自的資料——這讓我想到了陣列。

當修改a[0] 的值之後，發現，a[0] 的地址發生了變化。也就是說，賦值語句實際上只是讓a[0] 重新指向另一個物件而已。此外，還注意到，a[0] 的地址和a[2]的地址相差48（2個24）。

當再次修改a[1] 之後，同樣地，a[1] 的地址也發生變化，有趣的是，這次a[1] 的地址和a[0] 的地址又相差24，和原先的a[2] 相差72（3個24）。

最後，當直接把數字0的地址列印出來後，發現它的地址和最開始的a[0] 的地址完全一樣。

至此，基本可以說明，就算是list 中的元素，其實也是引用。修改list 中的元素，實際上還是在修改引用而已。

對於Python 中類屬性，有人提到過「類屬性在同一類及其子類之間共享，修改類屬性會影響到同一類及其子類的所有物件」。

聽著挺嚇人，但仔細研究之後，其實倒也不是什麼大不了的事情。

如下程式碼：

#!/usr/bin/env python
class Bird(object):
    name = 'bird'
    talent = ['fly']
class Chicken(Bird):
    pass
bird = Bird();
bird2 = Bird(); # 同類例項
chicken = Chicken(); # 子類例項
# 最開始是這樣的
print 'Original attr'
print id(bird.name),      bird.name
print id(bird.talent),    bird.talent
print id(bird2.name),     bird2.name
print id(bird2.talent),   bird2.talent
print id(chicken.name),   chicken.name
print id(chicken.talent), chicken.talent
print '----------------------------'
# 換個名字看看
bird.name = 'bird name changed!'
print 'after changing name'
print id(bird.name),      bird.name
print id(bird.talent),    bird.talent
print id(bird2.name),     bird2.name
print id(bird2.talent),   bird2.talent
print id(chicken.name),   chicken.name
print id(chicken.talent), chicken.talent
print '----------------------------'
# 洗個天賦試試（修改類屬性中的元素）
bird.talent[0] = 'walk'
print 'after changing talent(a list)'
print id(bird.name),      bird.name
print id(bird.talent),    bird.talent
print id(bird2.name),     bird2.name
print id(bird2.talent),   bird2.talent
print id(chicken.name),   chicken.name
print id(chicken.talent), chicken.talent
print '----------------------------'
# 換個新天賦樹（整個類屬性全換掉）
bird.talent = ['swim']
print 'after reassign talent'
print id(bird.name),      bird.name
print id(bird.talent),    bird.talent
print id(bird2.name),     bird2.name
print id(bird2.talent),   bird2.talent
print id(chicken.name),   chicken.name
print id(chicken.talent), chicken.talent
print '----------------------------'
# 洗掉新天賦樹（對新來的類屬性中的元素進行修改）
bird.talent[0] = 'dance'
print 'changing element after reassigning talent'
print id(bird.name),      bird.name
print id(bird.talent),    bird.talent
print id(bird2.name),     bird2.name
print id(bird2.talent),   bird2.talent
print id(chicken.name),   chicken.name
print id(chicken.talent), chicken.talent
print '----------------------------'

執行結果：

PastgiftMacbookPro:python pastgift$ ./changeAttributeTest.py 
Original attr
4301998000 bird
4301857352 ['fly']
4301998000 bird
4301857352 ['fly']
4301998000 bird
4301857352 ['fly']
----------------------------
after changing name
4301986984 bird name changed!
4301857352 ['fly']
4301998000 bird
4301857352 ['fly']
4301998000 bird
4301857352 ['fly']
----------------------------
after changing talent(a list)
4301986984 bird name changed!
4301857352 ['walk']
4301998000 bird
4301857352 ['walk']
4301998000 bird
4301857352 ['walk']
----------------------------
after reassign talent
4301986984 bird name changed!
4301859512 ['swim']
4301998000 bird
4301857352 ['walk']
4301998000 bird
4301857352 ['walk']
----------------------------
changing element after reassigning talent
4301986984 bird name changed!
4301859512 ['dance']
4301998000 bird
4301857352 ['walk']
4301998000 bird
4301857352 ['walk']
----------------------------

在「Origin」的時候，同類物件，子類物件的相同類屬性的地址都是相同的——這就是所謂的「共享」。

修改name 之後，只有被修改的物件name 屬性發生變化。這是因為對name的賦值操作實際上就是換了一個字串，重新引用。字串本身並沒有發生變化。所以並沒有在同類和子類之間產生互相影響。

接下來，修改talent 中的元素。這時，情況有所改變：同類及其子類的talent 屬性都一起跟著變了——這很好理解，因為它們都引用的記憶體地址都一樣，引用的是同一個物件。

再接下來，給talent 重新賦值，也就是改成引用另外一個物件。結果是隻有本例項的talent 屬性變化了。從記憶體地址可以看出，本例項和其他例項的talent 屬性已經不再指向相同的物件了。就是說「至此，本例項已經是圈外人士了」。

那麼，最後再次修改talent 中元素後，對其他例項無影響的結果也是很好理解了。因為已經是「圈外人士」了嘛，我再怎麼折騰也都是自己的事情了。

所以，「類屬性在同類及其子類之間互相影響」必須有一個前提條件：例項建立後，其類屬性從來沒有被重新賦值過，即類屬性依然指向最初所指向的記憶體地址。

最後提一下物件屬性

如下程式碼：

#!/usr/bin/env python
class Bird(object):
    def __init__(self):
        self.talent = ['fly']
bird = Bird()
bird2 = Bird()
# 剛開始的情形
print 'Origin'
print id(bird.talent), bird.talent
print id(bird2.talent), bird2.talent
print '--------------------'
# 修改其中一個物件的屬性
bird.talent[0] = 'walk'
print 'after changing attribute'
print id(bird.talent), bird.talent
print id(bird2.talent), bird2.talent
print '--------------------'
# 作死：兩個物件的屬性指向同一個記憶體地址，再修改
bird.talent = bird2.talent
bird.talent[0] = 'swim'
print 'assign to another attribute and change it'
print id(bird.talent), bird.talent
print id(bird2.talent), bird2.talent
print '--------------------'
執行結果：
PastgiftMacbookPro:python pastgift$ ./changeAttributeTest2.py 
Origin
4299867632 ['fly']
4299760200 ['fly']
--------------------
after changing attribute
4299867632 ['walk']
4299760200 ['fly']
--------------------
assign to another attribute and change it
4299760200 ['swim']
4299760200 ['swim']
--------------------

由於物件屬性就算內容完全一樣（剛初始化後的屬性內容一般都是一樣的），也會分配到完全不同的記憶體地址上去。所以不存在「同類物件之間影響」的情況。

但如果讓一個物件的屬性和另一個物件的屬性指向同一個地址，兩者之間（但也僅限兩者之間）便又互相牽連起來。


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