python 内存空间管理、垃圾回收机制、对象的引用机制、引用计数法

一、对象与内存空间

• 在 Python 中，一切皆对象。每当你创建一个变量、数据结构、函数、类实例等，Python 都会在内存中为它分配空间。
• 对象的内存空间由 Python 的内存管理器自动分配和回收，开发者无需手动管理。

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二、垃圾回收（Garbage Collection）

• 垃圾回收指的是：当对象不再被使用时，Python 会自动销毁该对象并释放其占用的内存空间。
• 这样可以防止“内存泄漏”，让程序长期运行也不会因为无用对象堆积而耗尽内存。

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三、对象的“引用”机制

1. 什么是“引用”？

• 当你用一个变量指向一个对象时，这个变量就是该对象的一个引用。
• 一个对象可以被多个变量、数据结构等同时引用。

2. 引用的作用

• 引用是判断对象是否还在被使用的唯一标准。
• 只要有一个地方引用了对象，对象就不会被销毁。

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四、引用计数法（Reference Counting）

1. 原理

• Python 的垃圾回收机制主要依赖引用计数法。
• 每个对象都维护一个引用计数器，记录有多少个引用指向它。
• 当引用计数变为 0 时，说明对象已经没有被使用，Python 会自动销毁该对象并释放内存。

2. 计数变化的场景

• 增加引用计数：
  • 新变量赋值给对象
  • 对象作为参数传递给函数
  • 对象被添加到容器（如列表、字典等）
• 减少引用计数：
  • 变量被删除（del）
  • 变量被重新赋值为其他对象
  • 对象从容器中移除
  • 函数调用结束，参数引用消失

3. 示例

a = [1, 2, 3]  # 创建列表对象，a引用它
b = a          # b也引用同一个对象
c = a          # c也引用同一个对象
# 此时该列表对象的引用计数为3

del a          # 引用计数减1
b = None       # 引用计数减1
# 只剩c引用该对象，引用计数为1

del c          # 引用计数变为0，对象被销毁，内存释放

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五、引用计数的优缺点

• 优点：
  • 实现简单，实时回收无用对象，内存利用率高。
• 缺点：
  • 不能处理循环引用（如两个对象互相引用，但外部都没有引用它们时，引用计数不会变为0）。
  • Python 还引入了分代垃圾回收机制（GC）来解决循环引用问题。

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六、查看引用计数

• 可以用 sys.getrefcount(obj) 查看对象的引用计数（注意：调用该函数本身会临时增加一次引用）。

import sys
lst = [1, 2, 3]
print(sys.getrefcount(lst))  # 通常比实际多1

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七、总结

• Python 中对象的内存管理主要依赖引用计数法，即对象被引用的次数为0时自动销毁。
• 引用是判断对象是否被使用的唯一依据。
• Python 还通过垃圾回收机制（GC）处理循环引用，保证内存不会泄漏。
• 你无需手动管理内存，Python 会自动帮你回收不再使用的对象。