2.2　Python對(duì)象和引用

2.2.1　Python對(duì)象概述

計(jì)算機(jī)程序通常用于處理各種類型的數(shù)據(jù)（即對(duì)象），不同的數(shù)據(jù)屬于不同的數(shù)據(jù)類型，支持不同的運(yùn)算操作。

在Python語(yǔ)言中，數(shù)據(jù)表示為對(duì)象。對(duì)象本質(zhì)上是一個(gè)內(nèi)存塊，擁有特定的值，支持特定類型的運(yùn)算操作。

在Python 3中，一切皆為對(duì)象。Python語(yǔ)言中的每個(gè)對(duì)象由標(biāo)識(shí)（identity）、類型（type）和值（value）標(biāo)識(shí)。

（1）標(biāo)識(shí)用于唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)對(duì)象，通常對(duì)應(yīng)對(duì)象在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的位置。使用內(nèi)置函數(shù)id（obj1）可以返回對(duì)象obj1的標(biāo)識(shí)。

（2）類型用于表示對(duì)象所屬的數(shù)據(jù)類型（類），數(shù)據(jù)類型用于限定對(duì)象的取值范圍以及允許執(zhí)行的處理操作。使用內(nèi)置函數(shù)type（obj1）可以返回對(duì)象obj1所屬的數(shù)據(jù)類型。

（3）值用于表示對(duì)象的數(shù)據(jù)類型的值。使用內(nèi)置函數(shù)print（obj1）可以返回對(duì)象obj1的值。

通過(guò)內(nèi)置的type（）函數(shù)可以判斷一個(gè)對(duì)象的類型。通過(guò)內(nèi)置的id（）函數(shù)可以獲取一個(gè)對(duì)象唯一的id標(biāo)識(shí)（CPython的實(shí)現(xiàn)為內(nèi)存存放位置）。

【例2.2】　使用內(nèi)置函數(shù)type（）、id（）和print（）查看對(duì)象。

字面量123創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例對(duì)象，其id標(biāo)識(shí)為140706558370656，類型為int類型，值為123。

在Python 3中函數(shù)和類等也是對(duì)象，也具有相應(yīng)的類型和id。

【例2.3】　查看Python的內(nèi)置函數(shù)對(duì)象。

2.2.2　使用字面量創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象

對(duì)于內(nèi)置對(duì)象，Python通常提供使用字面量直接創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象的語(yǔ)法。

Python的數(shù)據(jù)類型定義了一個(gè)值的集合，在Python代碼中使用字面量表示某個(gè)數(shù)據(jù)類型的值。例如，12、101等表示int數(shù)據(jù)類型的值；0.1 7、3.14等表示float數(shù)據(jù)類型的值；True和False表示bool數(shù)據(jù)類型的值；'Hello，World'、'張三'等表示str數(shù)據(jù)類型的值。

字面量在Python語(yǔ)句中解釋為表達(dá)式，Python基于字面量創(chuàng)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型的對(duì)象。

【例2.4】　使用字面量創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象。

Python使用字面量123和＂abc＂分別創(chuàng)建一個(gè)int型對(duì)象和一個(gè)str型對(duì)象。

2.2.3　使用類對(duì)象創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象

通過(guò)直接調(diào)用類對(duì)象可以創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象，其語(yǔ)法格式如下。

【例2.5】　使用類對(duì)象創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象。

Python使用int（12）創(chuàng)建一個(gè)整數(shù)數(shù)據(jù)類型的實(shí)例對(duì)象；使用complex（1，2）創(chuàng)建一個(gè)復(fù)數(shù)類型的實(shí)例對(duì)象。

另外，表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果也可以創(chuàng)建新的對(duì)象；Python語(yǔ)句def會(huì)創(chuàng)建函數(shù)對(duì)象；class語(yǔ)句會(huì)創(chuàng)建類對(duì)象，詳細(xì)闡述請(qǐng)參見本書的后續(xù)章節(jié)。

2.2.4　數(shù)據(jù)類型

在Python語(yǔ)言中，所有對(duì)象都有一個(gè)數(shù)據(jù)類型。Python數(shù)據(jù)類型的定義為一個(gè)值的集合以及在這個(gè)值集上的一組運(yùn)算操作。

例如整數(shù)數(shù)據(jù)類型（int），其值的集合為所有的整數(shù)，支持的運(yùn)算操作包括+（加法）、-（減法）、*（乘法）、//（整除）等，88、1024等都是整數(shù)類型數(shù)據(jù)。

每個(gè)對(duì)象存儲(chǔ)一個(gè)值，例如，int類型的對(duì)象可以存儲(chǔ)值1234、99或1333。不同的對(duì)象可以存儲(chǔ)同一個(gè)值，例如，一個(gè)str類型的對(duì)象可以存儲(chǔ)值'hello'，另一個(gè)str類型的對(duì)象也可以存儲(chǔ)值'hello'。在一個(gè)對(duì)象上可執(zhí)行且只允許執(zhí)行其對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)類型定義的操作，例如，兩個(gè)int對(duì)象可執(zhí)行乘法運(yùn)算，但兩個(gè)str對(duì)象不允許執(zhí)行乘法運(yùn)算。

Python數(shù)據(jù)類型包括內(nèi)置數(shù)據(jù)類型和自定義數(shù)據(jù)類型。Python語(yǔ)言提供了豐富的內(nèi)置數(shù)據(jù)類型，用于有效地處理各種類型的數(shù)據(jù)。本書后續(xù)章節(jié)將展開內(nèi)置數(shù)據(jù)類型和自定義數(shù)據(jù)類型的闡述。

2.2.5　變量和對(duì)象的引用

Python對(duì)象是位于計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的一個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)塊。為了引用對(duì)象，用戶必須通過(guò)賦值語(yǔ)句把對(duì)象賦值給變量（也稱之為把對(duì)象綁定到變量）。指向?qū)ο蟮囊眉醋兞俊?/p>

【例2.6】　使用賦值語(yǔ)句把對(duì)象綁定到變量。

Python使用字面量表達(dá)式1、2和表達(dá)式a+b創(chuàng)建3個(gè)整型對(duì)象，并使用賦值語(yǔ)句把3個(gè)對(duì)象分別綁定到變量a、b和c。

字面量用于創(chuàng)建值為字面量的對(duì)象，即某個(gè)數(shù)據(jù)類型的實(shí)例對(duì)象；表達(dá)式使用運(yùn)算符實(shí)現(xiàn)多個(gè)操作數(shù)（對(duì)象）的運(yùn)算操作，并返回結(jié)果對(duì)象。用戶可以把對(duì)象通過(guò)賦值語(yǔ)句賦值給一個(gè)變量，即把對(duì)象綁定到一個(gè)變量，注意變量名必須為有效的標(biāo)識(shí)符。

在Python 3中，作為對(duì)象的函數(shù)和類等也可以通過(guò)變量引用，但這樣的引用一般意義不大，建議直接使用函數(shù)／類，以提高程序的可讀性。例如：

2.2.6　Python是動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言

Python是動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言，即變量不需要顯式聲明數(shù)據(jù)類型。根據(jù)變量的賦值，Python解釋器自動(dòng)確定其數(shù)據(jù)類型。

事實(shí)上，變量?jī)H用于指向某個(gè)類型對(duì)象，因此變量可以不限定類型，即可以指向任何類型的對(duì)象。

通過(guò)標(biāo)識(shí)符和賦值運(yùn)算符（=）可以指定某個(gè)變量指向某個(gè)對(duì)象，即引用該對(duì)象。多個(gè)變量可以引用同一個(gè)對(duì)象，一個(gè)變量也可以改變指向其他的對(duì)象。

【例2.7】　變量的動(dòng)態(tài)類型示例。

123為類int的對(duì)象實(shí)例，其id為140706558370656；a=123，即變量a指向（引用）對(duì)象實(shí)例123，故其id也為140706558370656；b=123，即變量b也指向（引用）對(duì)象實(shí)例123，故其id也為140706558370656；c=a，變量c和變量a一樣，指向（引用）對(duì)象實(shí)例123，其id同樣為140706558370656。a='abc'，變量a指向（引用）對(duì)象實(shí)例'abc'，其id為2529314137232。

2.2.7　Python是強(qiáng)類型語(yǔ)言

Python是一種強(qiáng)類型語(yǔ)言，每個(gè)變量指向的對(duì)象均屬于某個(gè)數(shù)據(jù)類型，即只支持該類型允許的運(yùn)算操作。

【例2.8】　變量的強(qiáng)數(shù)據(jù)類型示例。

2.2.8　對(duì)象內(nèi)存示意圖

Python程序運(yùn)行時(shí)會(huì)在內(nèi)存中創(chuàng)建各種對(duì)象（位于堆內(nèi)存中），通過(guò)賦值語(yǔ)句可以將對(duì)象綁定到變量（位于棧內(nèi)存中），從而通過(guò)變量引用對(duì)象進(jìn)行各種操作。

多個(gè)變量可以引用同一個(gè)對(duì)象。如果一個(gè)對(duì)象不再被任何有效作用域中的變量引用，則會(huì)通過(guò)自動(dòng)垃圾回收機(jī)制回收該對(duì)象占用的內(nèi)存。

為了更好地理解Python對(duì)象和變量的作用機(jī)制，本書采用對(duì)象內(nèi)存示意圖進(jìn)行演示。

【例2.9】　變量增量運(yùn)算示例以及相應(yīng)的對(duì)象內(nèi)存示意圖。

第1條語(yǔ)句，創(chuàng)建一個(gè)值為100的int對(duì)象，并綁定到變量i；第2條語(yǔ)句，先計(jì)算表達(dá)式i+1的值，然后創(chuàng)建一個(gè)值為101的int對(duì)象，并綁定到變量i。

執(zhí)行各條語(yǔ)句后，其對(duì)象內(nèi)存示意圖如圖2-1所示。

注意：在執(zhí)行完第2條語(yǔ)句后，內(nèi)存中存在3個(gè)int對(duì)象，即100、1和101，變量i引用對(duì)象101，其他兩個(gè)對(duì)象沒(méi)有被任何變量引用，將被自動(dòng)垃圾回收器回收。

【例2.10】　交換兩個(gè)變量的示例以及相應(yīng)的對(duì)象內(nèi)存示意圖。

在執(zhí)行各條語(yǔ)句后，其對(duì)象內(nèi)存示意圖如圖2-2所示。

2.2.9　對(duì)象的值比較和引用判別

通過(guò)==運(yùn)算符可以判斷兩個(gè)變量指向的對(duì)象的值是否相同；通過(guò)is運(yùn)算符可以判斷兩個(gè)變量是否指向同一對(duì)象。

【例2.11】　對(duì)象的值比較（==）和引用判別（is）示例。

2.2.10　不可變對(duì)象和可變對(duì)象

Python 3對(duì)象可以分為不可變對(duì)象（immutable）和可變對(duì)象（mutable）。不可變對(duì)象一旦創(chuàng)建，其值就不能被修改；可變對(duì)象的值可以被修改。Python對(duì)象的可變性取決于其數(shù)據(jù)類型的設(shè)計(jì)，即是否允許改變其值。

Python中的大部分對(duì)象都是不可變對(duì)象，例如int、str、complex等。變量是指向某個(gè)對(duì)象的引用，多個(gè)變量可以指向同一個(gè)對(duì)象。給變量重新賦值，并不改變?cè)紝?duì)象的值，只是創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，并指向該變量。

【例2.12】　不可變對(duì)象示例。

對(duì)象本身的值可以改變的對(duì)象稱為可變對(duì)象（例如list、dict等）。

【例2.13】　可變對(duì)象示例。