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Python内置函数

Python-3.12.0文档解读

目录

详细说明

概述

参数

返回值

特性

实现细节（CPython）

安全性

示例

注意事项

相关函数

参考文献

记忆策略

常用场景

场景 1：比较两个对象是否是同一个对象

场景 2：跟踪对象的生命周期

场景 3：检测对象的共享与复制

场景 4：检测变量是否指向None

巧妙用法

巧妙使用 1：检测对象是否被回收

巧妙使用 2：基于对象ID的唯一性生成哈希值

巧妙使用 3：对象池管理

巧妙使用 4：缓存机制

综合技巧

巧妙用法 1：与 weakref 模块结合，用于对象生命周期管理

巧妙用法 2：与 inspect 模块结合，用于调试和跟踪对象

巧妙用法 3：与 gc 模块结合，用于垃圾回收调试

巧妙用法 4：与自定义装饰器结合，实现缓存优化

巧妙用法 5：与 __slots__ 结合，优化内存使用

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详细说明

概述

id(object) 函数用于返回对象的“标识值”。该标识值是一个整数，在对象的生命周期中保证唯一且恒定。

参数

• object：任何Python对象。

返回值

id(object) 返回一个整数，表示对象的唯一标识值。

特性

• 唯一性：在对象的生命周期中，标识值是唯一的。
• 恒定性：在对象的生命周期中，标识值是恒定不变的。
• 范围：两个生命周期不重叠的对象可能具有相同的id值。

实现细节（CPython）

在CPython实现中，id() 返回对象在内存中的地址。因此，标识值实际上是对象指针的内存地址。

安全性

调用id()函数时会引发一个审计事件 builtins.id，伴随的参数是返回的标识值。这意味着在一些受限或敏感的环境中（例如某些安全模式或沙盒环境），调用此函数可能有额外的安全审查或限制。

示例

以下是一些使用 id() 函数的示例：

a = [1, 2, 3]
b = a
c = [1, 2, 3]print(id(a))  # 输出类似于 140437284863232
print(id(b))  # 输出与 id(a) 相同，因为 b 是对 a 的引用
print(id(c))  # 输出不同的值，因为 c 是一个新的列表对象

注意事项

• 使用id()时要意识到，虽然返回值在对象生命周期内是唯一的，但当对象被销毁后，内存地址可能会被新的对象重用，因此在不同的时间点，相同的id值并不保证代表同一个对象。
• 在调试或需要精确追踪对象引用的场景中，id()函数非常有用。

相关函数

• hash(object)：返回对象的哈希值。
• is 运算符：比较两个对象的标识值是否相同。

参考文献

• Python 官方文档 - id() 函数(https://docs.python.org/3/library/functions.html#id)
• PEP 578 -- Python Runtime Audit Hooks(https://www.python.org/dev/peps/pep-0578/)

通过理解 id(object) 函数，可以更好地掌握Python中对象的内存管理和引用机制。

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记忆策略

功能联想法：记住 id 函数是返回对象的唯一标识值时，可以联想到它的功能是与“标识”（identifier）相关的。在英语中，“标识”一词为 identifier，而 id 是它的缩写。

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常用场景

以下是 id(object) 函数在实际编程中几个最有用的使用场景，并且每行代码都有详细的注释。

场景 1：比较两个对象是否是同一个对象

在Python中，使用 id() 可以判断两个对象是否实际上是同一个对象。这比使用 == 更深入，因为 == 比较的是对象的值，而 id() 比较的是对象的身份。

a = [1, 2, 3]  # 创建一个列表对象
b = a  # 将 b 引用到 a，实际上 b 和 a 是同一个对象
c = [1, 2, 3]  # 创建另一个列表对象，内容相同但对象不同# 比较对象的标识值
print(id(a) == id(b))  # 输出 True，a 和 b 是同一个对象
print(id(a) == id(c))  # 输出 False，a 和 c 是不同的对象# 使用 `is` 运算符进行同样的比较
print(a is b)  # 输出 True，a 和 b 是同一个对象
print(a is c)  # 输出 False，a 和 c 是不同的对象

场景 2：跟踪对象的生命周期

通过 id() 函数可以跟踪对象在程序运行过程中的生命周期，特别是在调试时可以确认对象是否被创建或销毁。

class MyClass:passdef create_and_print_id():obj = MyClass()  # 创建一个对象obj_id = id(obj)  # 获取对象的标识值print(f'Object ID inside function: {obj_id}')  # 打印对象的标识值return obj_idobj_id_outside = create_and_print_id()
print(f'Object ID outside function: {obj_id_outside}')  # 再次打印对象的标识值# 尝试再次创建对象并比较标识值
new_obj = MyClass()
new_obj_id = id(new_obj)
print(f'New Object ID: {new_obj_id}')  # 打印新创建对象的标识值# 检查是否与之前的对象标识值相同
print(obj_id_outside == new_obj_id)  # 输出 False，如果是不同对象

场景 3：检测对象的共享与复制

在某些情况下，了解对象是共享的（引用相同的对象）还是被复制的（创建了新对象），对调试和优化代码很重要。

import copyoriginal_list = [1, 2, 3]  # 创建一个原始列表对象
shared_list = original_list  # 共享原始列表
copied_list = copy.deepcopy(original_list)  # 深复制原始列表print(id(original_list))  # 输出原始列表的标识值
print(id(shared_list))  # 输出与原始列表相同的标识值，因为是同一个对象
print(id(copied_list))  # 输出不同的标识值，因为是深复制的新对象# 使用 `is` 运算符进行同样的检查
print(original_list is shared_list)  # 输出 True，两个引用指向同一个对象
print(original_list is copied_list)  # 输出 False，两个引用指向不同的对象

场景 4：检测变量是否指向None

当需要确认一个变量是否指向 None 时，可以通过 id() 来确认。

none_var = None  # 创建一个 `None` 类型的变量
some_var = 42  # 创建一个非 None 的变量none_id = id(None)  # 获取 `None` 的标识值# 检查变量的标识值是否与 `None` 的标识值相同
print(id(none_var) == none_id)  # 输出 True，因为 none_var 是 None
print(id(some_var) == none_id)  # 输出 False，因为 some_var 不是 None

以上是几个常见且实用的 id(object) 函数的使用场景，每个例子都包括详细的注释，帮助理解其用法和作用。

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巧妙用法

id(object) 函数虽然看似简单，但在一些特定场景下可以通过巧妙的应用来解决问题或优化代码。以下是一些一般人可能想不到的使用技巧：

巧妙使用 1：检测对象是否被回收

在某些情况下，你可能需要确认一个对象是否已经被垃圾回收器回收。通过 id() 和弱引用（weakref 模块），你可以实现这一目的。

import weakrefclass MyClass:pass# 创建对象并获取其标识值
obj = MyClass()
obj_id = id(obj)# 创建弱引用
weak_ref = weakref.ref(obj)# 删除原始引用
del obj# 检查对象是否已经被回收
if weak_ref() is None:print(f'Object with id {obj_id} has been garbage collected.')
else:print(f'Object with id {obj_id} is still alive.')

巧妙使用 2：基于对象ID的唯一性生成哈希值

在一些应用场景中，可能需要为对象生成唯一的哈希值。虽然Python的hash()函数已经提供了对象的哈希值，但在某些情况下，基于对象ID生成哈希值可能更实用。

class UniqueHasher:def __init__(self, obj):self.obj = objself.obj_id = id(obj)def __hash__(self):return self.obj_idmy_obj = UniqueHasher([1, 2, 3])
print(hash(my_obj))  # 输出对象的唯一哈希值，基于其 id

巧妙使用 3：对象池管理

在需要管理大量对象实例的场景中，可以使用 id() 来跟踪和管理对象池，确保对象的唯一性和复用性。

class ObjectPool:def __init__(self):self._pool = {}def get(self, obj_class):obj = obj_class()obj_id = id(obj)if obj_id not in self._pool:self._pool[obj_id] = objreturn self._pool[obj_id]class MyClass:passpool = ObjectPool()obj1 = pool.get(MyClass)
obj2 = pool.get(MyClass)print(id(obj1))  # 输出 obj1 的标识值
print(id(obj2))  # 输出 obj2 的标识值，应该与 obj1 一样# 因为 obj1 和 obj2 实际上是同一个对象
print(obj1 is obj2)  # 输出 True

巧妙使用 4：缓存机制

通过 id() 可以实现基于对象唯一标识的缓存机制，特别适用于需要频繁访问相同对象的场景。

class CachedObject:_cache = {}def __new__(cls, value):obj_id = id(value)if obj_id in cls._cache:return cls._cache[obj_id]new_obj = super(CachedObject, cls).__new__(cls)cls._cache[obj_id] = new_objreturn new_objdef __init__(self, value):self.value = value# 初始化并缓存对象
obj1 = CachedObject([1, 2, 3])
obj2 = CachedObject([1, 2, 3])print(id(obj1))  # 输出 obj1 的标识值
print(id(obj2))  # 输出 obj2 的标识值，应该与 obj1 一样# 因为 obj1 和 obj2 实际上是同一个对象
print(obj1 is obj2)  # 输出 True

通过这些巧妙的使用技巧，id(object) 函数可以在对象管理、内存优化、缓存机制等多个方面发挥意想不到的作用。

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综合技巧

id(object) 函数可以与其他函数或方法组合使用，以解决一些复杂的问题或实现巧妙的功能。以下是一些示例，这些示例展示了如何将 id() 与其他函数或方法结合使用，以实现独特且实用的效果。

巧妙用法 1：与 weakref 模块结合，用于对象生命周期管理

通过 id() 和 weakref 模块的结合，可以监控对象的生命周期，实现对象缓存或对象池的自动清理。

import weakrefclass MyClass:passclass ObjectManager:def __init__(self):self._objects = weakref.WeakValueDictionary()def get_object(self):obj = MyClass()obj_id = id(obj)self._objects[obj_id] = objreturn objdef is_alive(self, obj):return id(obj) in self._objectsmanager = ObjectManager()
obj1 = manager.get_object()
obj_id1 = id(obj1)print(manager.is_alive(obj1))  # 输出 True# 删除引用后检查对象是否仍然存在
del obj1
print(manager.is_alive(obj_id1))  # 输出 False

巧妙用法 2：与 inspect 模块结合，用于调试和跟踪对象

通过 id() 和 inspect 模块，可以在调试时更深入地了解对象的状态和属性，帮助识别和解决问题。

import inspectclass MyClass:def method(self):pass# 创建对象
obj = MyClass()# 获取对象的标识值
obj_id = id(obj)# 使用 inspect 获取对象的信息
def print_object_info(o):print(f'Object ID: {id(o)}')print(f'Object Type: {type(o)}')print(f'Object Methods: {inspect.getmembers(o, predicate=inspect.ismethod)}')print_object_info(obj)

巧妙用法 3：与 gc 模块结合，用于垃圾回收调试

通过 id() 和 gc 模块，可以检查哪些对象正在被引用，帮助调试内存泄漏问题。

import gcclass MyClass:pass# 创建对象并获取其标识值
obj = MyClass()
obj_id = id(obj)# 强制进行垃圾回收
gc.collect()# 查找所有对象
all_objects = gc.get_objects()# 检查对象是否在被引用
is_in_gc = any(id(o) == obj_id for o in all_objects)
print(f'Object with ID {obj_id} is in GC: {is_in_gc}')

巧妙用法 4：与自定义装饰器结合，实现缓存优化

通过 id() 和装饰器，可以实现基于对象的缓存优化，避免重复计算。

from functools import wrapsdef cache_by_object_id(func):cache = {}@wraps(func)def wrapper(obj, *args, **kwargs):obj_id = id(obj)if obj_id not in cache:cache[obj_id] = func(obj, *args, **kwargs)return cache[obj_id]return wrapperclass ComplexCalculator:def __init__(self, data):self.data = data@cache_by_object_iddef expensive_computation(self):# 假设这是一个耗时的计算result = sum(self.data)print("Computed result:", result)return resultdata = [1, 2, 3, 4, 5]
calculator = ComplexCalculator(data)# 第一次调用会执行计算
result1 = calculator.expensive_computation()# 第二次调用会使用缓存
result2 = calculator.expensive_computation()print(result1 == result2)  # 输出 True

巧妙用法 5：与 __slots__ 结合，优化内存使用

通过 id() 和 __slots__ 特性，可以在对象实例中保存唯一标识符，用于内存优化。

class SlotClass:__slots__ = ('_unique_id',)def __init__(self):self._unique_id = id(self)@propertydef unique_id(self):return self._unique_id# 创建对象
obj = SlotClass()# 获取对象的唯一标识符
print(f'Object Unique ID: {obj.unique_id}')

这些组合使用技巧展示了如何将 id(object) 与其他方法和模块结合，以实现更复杂和巧妙的功能。通过这些示例，可以更深入理解和应用 id(object) 函数。

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感谢阅读。