Python 字符串与内存：每位初级开发者应了解的知识

[QPY课程团队]

你已经开始熟悉Python了。你可以切片和处理字符串，使用.format()，甚至可能还用过一两个f-string。但你有没有停下来想过，当你写name = "Alice"时，背后发生了什么？

了解一些关于内存的知识会让你成为更好的程序员。这有助于解释一些“奇怪”的行为，并让你更批判性地思考你的代码。让我们来分解一下。

1. 变量是标签，而不是盒子

这是最重要的概念。一个常见的初学者思维模型是，变量是一个放置数据的盒子。

my_name = "Alice"
# 想象一下: [ my_name ] -> 包含 "Alice"

一个更准确的模型是，变量是一个标签或名称标签，你将其贴在一段数据上。

my_name = "Alice"  # 在内存中创建字符串 "Alice"，并标记为 `my_name`
also_my_name = my_name # 将另一个标签（`also_my_name`）贴在同一字符串 "Alice" 上。

这有什么重要性？这意味着 my_name 和 also_my_name 指向你计算机内存中的 完全相同 的字符串。这是高效的！Python 不会浪费内存去创建两个相同的副本，除非你明确告诉它这样做。

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2. “is” 与 “==” 的谜团解开

这直接引出了一个经典的初级面试问题：is 和 == 之间有什么区别？

• • == 检查 相等性。它问的是：“这两个变量的 值 是相同的吗？”

• • is 检查 身份。它问的是：“这两个变量是否指向内存中的 完全相同的对象？”

让我们看看实际情况：

a = "hello"  # 字符串字面量，硬编码在程序中
b = "hello"  # 另一个具有相同值的字符串字面量
c = "hello world!"[:5]  # 一个动态表达式，在运行时创建一个新的字符串 "hello"

print(a == b) # True - 相同的值
print(a is b) # True！等等，为什么？（我们将在下文解释）
print(a == c) # True - 相同的值
print(a is c) # False！它们在内存中是不同的对象。

那么，为什么 a is b 也为 True 呢？这引入了我们的下一个概念。

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3. Python 的内存技巧：字符串驻留

为了节省内存，Python 自动驻留小的、常见的字符串（和整数）。这意味着它在内存中只创建一个副本，并将所有变量指向该单一副本。

字符串 "hello" 短且常见。当你写 b = "hello" 时，Python 足够聪明，能够找到内存中已有的 "hello" 并将 b 指向它。这就是为什么 a is b 为 True 的原因。

字符串 c 是通过切片一个较大的字符串动态创建的 ("hello world!"[:5])。虽然它的值是 "hello"，但 Python 的字符串驻留行为在这里并不一致，因此它通常会在内存中成为一个新的、独立的对象。因此，a is c 的结果是 False。

⚠️ 初学者要点： 始终使用 == 来检查字符串值。 字符串驻留是一种 Python 为提高效率而使用的内存优化，但这不是你应该依赖于程序逻辑的规则。只有在你特别想检查内存中是否是同一个对象时，才使用 is（这种情况要少得多）。

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4. 为什么不可变性是你的朋友

Python 中的字符串是 不可变的。这是一个复杂的词，意思是“不能被改变”。

你不能这样做：

my_string = "pizza"
my_string[0] = "P" # TypeError! 不能改变现有字符串。

你只能创建新的字符串：

my_string = "pizza"
my_new_string = "P" + my_string[1:] # 创建一个全新的字符串 "Pizza"
# 变量 `my_string` 现在被重新分配给一个新对象。
# 旧字符串 "pizza" 最终会被 Python 清理掉。

这与内存有关，因为它是安全的。由于字符串不能改变，Python可以自由地共享它们（通过驻留）而不必担心更改一个变量会意外更改另一个变量。

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你的快速备忘单

概念	含义	初学者为何应该关心
变量作为标签	变量名绑定到对象，而不是“包含”对象。	解释了为什么赋值变量不会复制数据。
is 与 ==	is 是身份（同一对象），== 是相等（同一值）。	始终使用 == 来比较字符串。 这可以避免潜在的错误。
字符串驻留	Python 会重用小的、相同的字符串的内存。	这是一种内存优化，但不要依赖它来进行逻辑判断。
不可变性	字符串不能被修改；操作会创建新的字符串。	这使得代码可预测，并且在共享数据时更安全。

考虑内存并不仅仅是高级工程师的事情。这是编写高效、无错误代码的第一步。牢记这些概念，你就已经开始像专业人士一样思考了！

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