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(huì)頻繁地使用該模塊的 getsizeof() 方法，因此，我先簡(jiǎn)要介紹一下：

• 該方法用于獲取一個(gè)對(duì)象的字節(jié)大小（bytes）
• 它只計(jì)算直接占用的內(nèi)存，而不計(jì)算對(duì)象內(nèi)所引用對(duì)象的內(nèi)存

這里有個(gè)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(gè)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(gè)靜態(tài)創(chuàng)建的列表，如果只包含兩個(gè)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(duì)象是什么。

好了，擁有這把測(cè)量工具，我們就來探究一下 Python 的內(nèi)置對(duì)象都藏了哪些小秘密吧。

1、空對(duì)象不是“空”的！

對(duì)于我們熟知的一些空對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)象，但是這些對(duì)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(gè)數(shù)字哦，后面會(huì)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(gè)小秘密該怎么解釋呢？

因?yàn)檫@些空對(duì)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(jì)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(duì)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(qǐng)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(duì)象添加 26 個(gè)元素，看看結(jié)果如何：

由此能看出可變對(duì)象在擴(kuò)充時(shí)的秘密：

• 超額分配機(jī)制： 申請(qǐng)新內(nèi)存時(shí)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(shí)，不需要馬上去申請(qǐng)新內(nèi)存
• 非均勻分配機(jī)制： 三類對(duì)象申請(qǐng)新內(nèi)存的頻率是不同的，而同一類對(duì)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(duì)象在擴(kuò)充時(shí)，有相似的分配機(jī)制，在動(dòng)態(tài)擴(kuò)容時(shí)可明顯看出效果。

那么，靜態(tài)創(chuàng)建的對(duì)象是否也有這樣的分配機(jī)制呢？它跟動(dòng)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(duì)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(gè)結(jié)果，再對(duì)比上一節(jié)的截圖，可以看出： 在元素個(gè)數(shù)相等時(shí)，靜態(tài)創(chuàng)建的集合/字典所占的內(nèi)存跟動(dòng)態(tài)擴(kuò)容時(shí)完全一樣。

這個(gè)結(jié)論是否適用于列表對(duì)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(gè)元素時(shí)都占 96 字節(jié)，在 5 個(gè)元素時(shí)占 128 字節(jié)，與這里明顯矛盾。

所以，這個(gè)秘密昭然若揭： 在元素個(gè)數(shù)相等時(shí)，靜態(tài)創(chuàng)建的列表所占的內(nèi)存有可能小于動(dòng)態(tài)擴(kuò)容時(shí)的內(nèi)存！

也就是說，這兩種列表看似相同，實(shí)際卻不同！列表不等于列表！

4、消減元素并不會(huì)釋放內(nèi)存！

前面提到了，擴(kuò)充可變對(duì)象時(shí)，可能會(huì)申請(qǐng)新的內(nèi)存。

那么，如果反過來縮減可變對(duì)象，減掉一些元素后，新申請(qǐng)的內(nèi)存是否會(huì)自動(dòng)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(dòng)釋放啊。其它的可變對(duì)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(huì)縮減可變對(duì)象中的元素，但并不會(huì)釋放已申請(qǐng)的內(nèi)存空間。

還有個(gè) clear() 方法，它會(huì)清空可變對(duì)象的所有元素，讓我們?cè)囋嚳窗桑?

          
            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(gè)空對(duì)象。

在第一小節(jié)里，它們的內(nèi)存大小已經(jīng)被查驗(yàn)過了。（前面說過會(huì)考的，請(qǐng) 默寫 回看下）

但是，如果這時(shí)再去查驗(yàn)的話，你會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，這些空對(duì)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(gè)秘密藏得挺深的，說實(shí)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(shí)的幾個(gè)小秘密啦，看完之后，你是否覺得漲見識(shí)了呢？

你想明白了幾個(gè)呢，又產(chǎn)生了多少新的謎團(tuán)呢？歡迎留言一起交流哦~

對(duì)于那些沒有充分解釋的小秘密，今后我們?cè)俾颐亍?

作者簡(jiǎn)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(hào)：「Python貓」（python_cat）