Python解惑：整數比較 is ==的比較

在 Python 中一切都是物件，毫無例外整數也是物件，物件之間比較是否相等可以用==，也可以用is。==和is操作的區別是：

• is比較的是兩個物件的id值是否相等，也就是比較倆物件是否為同一個例項物件，是否指向同一個記憶體地址。
• ==比較的是兩個物件的內容是否相等，預設會呼叫物件的__eq__()方法。

清楚is和==的區別之後，對此也許你有可能會遇到下面的這些困惑，於是就有了這樣一篇文章，試圖把Python中一些隱晦的東西趴出來，希望對你有一定的幫助。我們先來看兩段程式碼：

片段一：

>>> a = 256
>>> b = 256
>>> a == b
True
>>>

片段二：

>>> a = 256
>>> b = 256
>>> a is b
True
>>>

在互動式命令列執行上面兩段程式碼，程式碼片段一中的a==b返回True很好理解，因為兩個物件的值都是256，對於片段二，a is b也返回True，這說明a和b是指向同一個物件的，可以檢查一下他們的id值是否相等：

>>> id(a)
8213296
>>> id(b)
8213296
>>> 

結果證明他倆的確是同一個物件，指向的是同一個記憶體地址。那是不是所有的整數物件只要兩個物件的值（內容）相等，它們就是同一個例項物件呢？換句話說，對於整數物件只要==返回True，is操作也會返回True嗎？帶著這個問題來看下面這兩段程式碼：

片段一：

>>> a = 257
>>> b = 257
>>> a == b
True
>>>

片段二：

>>> a = 257
>>> b = 257
>>> a is b
False
>>>

對於257，a is b返回的竟然是False，結果可能在你的意料之中，也有可能出乎你的意料，但不管怎麼，我們還是要刨根問底，找出問題的真相。

解惑一

出於對效能的考慮，Python內部做了很多的優化工作，對於整數物件，Python把一些頻繁使用的整數物件快取起來，儲存到一個叫small_ints的連結串列中，在Python的整個生命週期內，任何需要引用這些整數物件的地方，都不再重新建立新的物件，而是直接引用快取中的物件。Python把這些可能頻繁使用的整數物件規定在範圍[-5, 256]之間的小物件放在small_ints中，但凡是需要用些小整數時，就從這裡面取，不再去臨時建立新的物件。因為257不再小整數範圍內，因此儘管a和b的值是一樣，但是他們在Python內部卻是以兩個獨立的物件存在的，各自為政，互不干涉。

弄明白第一個問題後，我們繼續在Python互動式命令列中寫一個函式，再來看下面這段程式碼：

片段一：

>>> c = 257
>>> def foo():
...     a = 257
...     b = 257
...     print a is b
...     print a is c
... 
>>> foo()
True
False

呃，什麼情況，是的，你沒看錯，片段一中的這段程式碼 a、b 值都是257的情況下，出現了a is b返回True，而a is c 返回的False，a、b、c的值都為257，為什麼會出現不同的結果呢？這對於剛剛好不容易建立起來的認知就被徹底否決了嗎，那這段程式碼中究竟發生了什麼？難道解惑一中的結論是錯誤的嗎？

解惑二

A Python program is constructed from code blocks. A block is a piece of Python program text that is executed as a unit. The following are blocks: a module, a function body, and a class definition. Each command typed interactively is a block. A script file (a file given as standard input to the interpreter or specified as a command line argument to the interpreter) is a code block. A script command (a command specified on the interpreter command line with the ‘-c‘ option) is a code block. structure-of-a-program

為了弄清楚這個問題，我們有必要先理解程式程式碼塊的概念。Python程式由程式碼塊構成，程式碼塊作為程式的一個最小基本單位來執行。一個模組檔案、一個函式體、一個類、互動式命令中的單行程式碼都叫做一個程式碼塊。在上面這段程式碼中，由兩個程式碼塊構成，c = 257作為一個程式碼塊，函式foo作為另外一個程式碼塊。Python內部為了將效能進一步的提高，凡是在一個程式碼塊中建立的整數物件，如果存在一個值與其相同的物件於該程式碼塊中了，那麼就直接引用，否則建立一個新的物件出來。Python出於對效能的考慮，但凡是不可變物件，在同一個程式碼塊中的物件，只有是值相同的物件，就不會重複建立，而是直接引用已經存在的物件。因此，不僅是整數物件，還有字串物件也遵循同樣的原則。所以 a is b就理所當然的返回True了，而c和a不在同一個程式碼塊中，因此在Python內部建立了兩個值都是257的物件。為了驗證剛剛的結論，我們可以借用dis模組從位元組碼的角度來看看這段程式碼。

>>> import dis
>>> dis.dis(foo)
  2           0 LOAD_CONST               1 (257)
              3 STORE_FAST               0 (a)

  3           6 LOAD_CONST               1 (257)
              9 STORE_FAST               1 (b)

  4          12 LOAD_FAST                0 (a)
             15 LOAD_FAST                1 (b)
             18 COMPARE_OP               8 (is)
             21 PRINT_ITEM          
             22 PRINT_NEWLINE       

  5          23 LOAD_FAST                0 (a)
             26 LOAD_GLOBAL              0 (c)
             29 COMPARE_OP               8 (is)
             32 PRINT_ITEM          
             33 PRINT_NEWLINE       
             34 LOAD_CONST               0 (None)
             37 RETURN_VALUE

可以看出兩個257都是從常量池的同一個位置co_consts[1]獲取的。

總結

一番長篇大論之後，得出兩點結論：1、小整數物件[-5,256]是全域性直譯器範圍內被重複使用，永遠不會被GC回收。2、同一個程式碼塊中的不可變物件，只要值是相等的就不會重複建立新的物件。似乎這些知識點對日常的工作一點忙也幫不上，因為你根本不會用is來比較兩個整數物件的值是否相等。那為什麼還要拿出來討論呢？嗯，程式設計師學知識，不應該淺嘗輒止，要充分發揮死磕到底的精神。