作者 | 豌豆花下貓
來源 | Python貓（ID:python_cat）
Python 中的
sys
模塊極為基礎(chǔ)而重要，它主要提供了一些給解釋器使用（或由它維護(hù)）的變量，以及一些與解釋器強(qiáng)交互的函數(shù)。
本文將會頻繁地使用該模塊的
getsizeof()
方法，因此，我先簡要介紹一下：
-
該方法用于獲取一個對象的字節(jié)大小（bytes）
-
它只計算直接占用的內(nèi)存，而不計算對象內(nèi)所引用對象的內(nèi)存
這里有個直觀的例子：
import
?sys
a?=?[
1
,?
2
]
b?=?[a,?a]??
#?即?[[1,?2],?[1,?2]]
#?a、b?都只有兩個元素，所以直接占用的大小相等
sys.getsizeof(a)?
#?結(jié)果：80
sys.getsizeof(b)?
#?結(jié)果：80
上例說明了一件事： 一個靜態(tài)創(chuàng)建的列表，如果只包含兩個元素，那它自身占用的內(nèi)存就是 80 字節(jié)，不管其元素所指向的對象是什么。
好了，擁有這把測量工具，我們就來探究一下 Python 的內(nèi)置對象都藏了哪些小秘密吧。
1、空對象不是“空”的！
對于我們熟知的一些空對象，例如空字符串、空列表、空字典等等，不知道大家是否曾好奇過，是否曾思考過這些問題：
空的對象是不是不占用內(nèi)存呢？ 如果占內(nèi)存，那占用多少呢？為什么是這樣分配的呢？
直接上代碼吧，一起來看看幾類基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的空對象的大小：
import
?sys
sys.getsizeof(
""
)??????
#?49
sys.getsizeof([])??????
#?64
sys.getsizeof(())??????
#?48
sys.getsizeof(set())???
#?224
sys.getsizeof(dict())??
#?240
#?作為參照：
sys.getsizeof(
1
)???????
#?28
sys.getsizeof(
True
)????
#?28
可見，雖然都是空對象，但是這些對象在內(nèi)存分配上并不為“空”，而且分配得還挺大（記住這幾個數(shù)字哦，后面會考）。
排一下序： 基礎(chǔ)數(shù)字<空元組 < 空字符串 < 空列表 < 空集合 < 空字典。
這個小秘密該怎么解釋呢？
因為這些空對象都是容器，我們可以抽象地理解： 它們的一部分內(nèi)存用于創(chuàng)建容器的骨架、記錄容器的信息（如引用計數(shù)、使用量信息等等）、還有一部分內(nèi)存則是預(yù)分配的。
2、內(nèi)存擴(kuò)充不是均勻的！
空對象并不為空，一部分原因是 Python 解釋器為它們預(yù)分配了一些初始空間。 在不超出初始內(nèi)存的情況下，每次新增元素，就使用已有內(nèi)存，因而避免了再去申請新的內(nèi)存。
那么，如果初始內(nèi)存被分配完之后，新的內(nèi)存是怎么分配的呢？
import
?sys
letters?=?
"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
a?=?[]
for
?i?
in
?letters:
????a.append(i)
????print(
f'
{len(a)}
,?sys.getsizeof(a)?=?
{sys.getsizeof(a)}
'
)
b?=?set()
for
?j?
in
?letters:
????b.add(j)
????print(
f'
{len(b)}
,?sys.getsizeof(b)?=?
{sys.getsizeof(b)}
'
)
c?=?dict()
for
?k?
in
?letters:
????c[k]?=?k
????print(
f'
{len(c)}
,?sys.getsizeof(c)?=?
{sys.getsizeof(c)}
'
)
分別給三類可變對象添加 26 個元素，看看結(jié)果如何：
由此能看出可變對象在擴(kuò)充時的秘密：
-
超額分配機(jī)制： 申請新內(nèi)存時并不是按需分配的，而是多分配一些，因此當(dāng)再添加少量元素時，不需要馬上去申請新內(nèi)存
-
非均勻分配機(jī)制： 三類對象申請新內(nèi)存的頻率是不同的，而同一類對象每次超額分配的內(nèi)存并不是均勻的，而是逐漸擴(kuò)大的
3、列表不等于列表！
以上的可變對象在擴(kuò)充時，有相似的分配機(jī)制，在動態(tài)擴(kuò)容時可明顯看出效果。
那么，靜態(tài)創(chuàng)建的對象是否也有這樣的分配機(jī)制呢？ 它跟動態(tài)擴(kuò)容比，是否有所區(qū)別呢？
先看看集合與字典：
#?靜態(tài)創(chuàng)建對象
set_1?=?{
1
,?
2
,?
3
,?
4
}
set_2?=?{
1
,?
2
,?
3
,?
4
,?
5
}
dict_1?=?{
'a'
:
1
,?
'b'
:
2
,?
'c'
:
3
,?
'd'
:
4
,?
'e'
:
5
}
dict_2?=?{
'a'
:
1
,?
'b'
:
2
,?
'c'
:
3
,?
'd'
:
4
,?
'e'
:
5
,?
'f'
:
6
}
sys.getsizeof(set_1)??
#?224
sys.getsizeof(set_2)??
#?736
sys.getsizeof(dict_1)?
#?240
sys.getsizeof(dict_2)?
#?368
看到這個結(jié)果，再對比上一節(jié)的截圖，可以看出： 在元素個數(shù)相等時，靜態(tài)創(chuàng)建的集合/字典所占的內(nèi)存跟動態(tài)擴(kuò)容時完全一樣。
這個結(jié)論是否適用于列表對象呢？ 一起看看：
list_1?=?[
'a'
,?
'b'
]
list_2?=?[
'a'
,?
'b'
,?
'c'
]
list_3?=?[
'a'
,?
'b'
,?
'c'
,?
'd'
]
list_4?=?[
'a'
,?
'b'
,?
'c'
,?
'd'
,?
'e'
]
sys.getsizeof(list_1)??
#?80
sys.getsizeof(list_2)??
#?88
sys.getsizeof(list_3)??
#?96
sys.getsizeof(list_4)??
#?104
上一節(jié)的截圖顯示，列表在前 4 個元素時都占 96 字節(jié)，在 5 個元素時占 128 字節(jié)，與這里明顯矛盾。
所以，這個秘密昭然若揭： 在元素個數(shù)相等時，靜態(tài)創(chuàng)建的列表所占的內(nèi)存有可能小于動態(tài)擴(kuò)容時的內(nèi)存！
也就是說，這兩種列表看似相同，實際卻不同！ 列表不等于列表！
4、消減元素并不會釋放內(nèi)存！
前面提到了，擴(kuò)充可變對象時，可能會申請新的內(nèi)存。
那么，如果反過來縮減可變對象，減掉一些元素后，新申請的內(nèi)存是否會自動回收掉呢？
import
?sys
a?=?[
1
,?
2
,?
3
,?
4
]
sys.getsizeof(a)?
#?初始值：96
a.append(
5
)??????
#?擴(kuò)充后：[1, 2, 3, 4, 5]
sys.getsizeof(a)?
#?擴(kuò)充后：128
a.pop()??????????
#?縮減后：[1, 2, 3, 4]
sys.getsizeof(a)?
#?縮減后：128
如代碼所示，列表在一擴(kuò)一縮后，雖然回到了原樣，但是所占用的內(nèi)存空間可沒有自動釋放啊。 其它的可變對象同理。
這就是 Python 的小秘密了， “胖子無法減重原理” ： 瘦子變胖容易，縮減身型也容易，但是體重減不掉，哈哈~~~
5、空字典不等于空字典！
使用 pop() 方法，只會縮減可變對象中的元素，但并不會釋放已申請的內(nèi)存空間。
還有個 clear() 方法，它會清空可變對象的所有元素，讓我們試試看吧：
import
?sys
a?=?[
1
,?
2
,?
3
]
b?=?{
1
,?
2
,?
3
}
c?=?{
'a'
:
1
,?
'b'
:
2
,?
'c'
:
3
}
sys.getsizeof(a)?
#?88
sys.getsizeof(b)?
#?224
sys.getsizeof(c)?
#?240
a.clear()????????
#?清空后：[]
b.clear()????????
#?清空后：set()
c.clear()????????
#?清空后：{}，也即 dict()
調(diào)用 clear() 方法，我們就獲得了幾個空對象。
在第一小節(jié)里，它們的內(nèi)存大小已經(jīng)被查驗過了。 （前面說過會考的，請 默寫 回看下）
但是，如果這時再查驗的話，你會驚訝地發(fā)現(xiàn)，這些空對象的大小跟前面查的并不完全一樣！
#?承接前面的清空操作：
sys.getsizeof(a)?
#?64
sys.getsizeof(b)?
#?224
sys.getsizeof(c)?
#?72
空列表與空元組的大小不變，然而空字典（72）竟然比前面的空字典（240）要小很多！
也就是說，列表與元組在清空元素后，回到起點(diǎn)不變初心，然而，字典這家伙卻是“賠了夫人又折兵”，不僅把“吃”進(jìn)去的全吐出來了，還把自己的老本給虧掉了！
字典的這個秘密藏得挺深的，說實話我也是剛剛獲知，百思不得其解……
以上就是 Python 在分配內(nèi)存時的幾個小秘密啦，看完之后，你是否覺得漲見識了呢？
你想明白了幾個呢，又產(chǎn)生了多少新的謎團(tuán)呢？ 歡迎留言一起交流哦~
對于那些沒有充分解釋的小秘密，今后我們再慢慢揭秘……
作者簡介： ?豌豆花下貓，生于廣東畢業(yè)于武大，現(xiàn)為蘇漂程序員，有一些極客思維，也有一些人文情懷，有一些溫度，還有一些態(tài)度。公眾號：「Python貓」（python_cat）
（*本文由Python大本營轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者）
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