Python - 内存管理

在 Python 中，内存管理是自动的，它涉及处理包含所有 Python 对象和数据结构的私有堆。Python 内存管理器在内部确保此内存的有效分配和释放。本教程将探讨 Python 的内存管理机制，包括垃圾回收、引用计数以及变量如何存储在堆栈和堆上。

内存管理组件

Python 的内存管理组件在整个 Python 程序执行过程中提供对内存资源的高效利用。Python 有三个内存管理组件 -

• Private Heap：充当所有 Python 对象和数据的主存储。它由 Python 内存管理器在内部管理。
• Raw Memory Allocator：这个低级组件直接与操作系统交互，以在 Python 的私有堆中保留内存空间。它确保有足够的空间容纳 Python 的数据结构和对象。
• Object-Specific Allocators: 除了原始内存分配器之外，几个特定于对象的分配器管理不同类型对象的内存，例如整数、字符串、元组和字典。

Python 中的内存分配

Python 以两种主要方式管理内存分配 - 堆栈和堆。

堆栈 − 静态内存分配

在静态内存分配中，内存在编译时分配并存储在堆栈中。这对于函数调用堆栈和变量引用来说是典型的。堆栈是用于存储局部变量和函数调用信息的内存区域。它采用后进先出 （LIFO） 原则，其中最近添加的项目是第一个被删除的项目。

堆栈通常用于原始数据类型的变量，例如数字、布尔值和字符。这些变量具有固定的内存大小，这在编译时是已知的。

例

让我们看一个例子来说明基元类型的变量是如何存储在堆栈上的。在上面的示例中，名为 x、y 和 z 的变量是名为 example_function（） 的函数中的局部变量。它们存储在堆栈上，当函数执行完成时，它们会自动从堆栈中删除。

def my_function():
	 	x = 5
	 	y = True
	 	z = 'Hello'
	 	return x, y, z

print(my_function())
print(x, y, z)

在执行上述程序时，您将获得以下输出 -

堆 − 动态内存分配

动态内存分配在运行时对非基元类型的对象和数据结构进行。这些对象的实际数据存储在堆中，而对它们的引用存储在堆栈上。

例

让我们观察一个在堆中创建列表动态分配内存的示例。

a = [0]*10
print(a)

输出

在执行上述程序时，您将获得以下结果 -

Python 中的垃圾回收

Python 中的垃圾回收是自动释放对象不再使用的内存，使其可用于其他对象的过程。Python 的垃圾回收器在程序执行期间运行，并在对象的引用计数降至零时激活。

引用计数

Python 的主要垃圾回收机制是引用计数。Python 中的每个对象都维护一个引用计数，用于跟踪指向它的别名（或引用）数量。当对象的引用计数降至零时，垃圾回收器将解除分配该对象。

参考计数的工作原理如下 -

• 增加引用计数 - 当创建对对象的新引用时，引用计数会增加。
• 减少引用计数 - 当对对象的引用被删除或超出范围时，引用计数会减少。

例

这是一个演示 Python 中引用计数工作的示例。

import sys

# Create a string object
name = "qikepu"
print("Initial reference count:", sys.getrefcount(name)) 	

# Assign the same string to another variable
other_name = "qikepu"
print("Reference count after assignment:", sys.getrefcount(name))	

# Concatenate the string with another string
string_sum = name + ' Python'
print("Reference count after concatenation:", sys.getrefcount(name))	

# Put the name inside a list multiple times
list_of_names = [name, name, name]
print("Reference count after creating a list with 'name' 3 times:", sys.getrefcount(name))	

# Deleting one more reference to 'name'
del other_name
print("Reference count after deleting 'other_name':", sys.getrefcount(name)) 	

# Deleting the list reference
del list_of_names
print("Reference count after deleting the list:", sys.getrefcount(name)) 	

输出

在执行上述程序时，您将获得以下结果 -