Python如何处理小整数的加法？

Question

我最近在玩 id 的时候发现，(c?)Python 做了一件很合理的事情：它确保小整数的 id 总是相同的。

>>> a, b, c, d, e = 1, 2, 3, 4, 5
>>> f, g, h, i, j = 1, 2, 3, 4, 5
>>> [id(x) == id(y) for x, y in zip([a, b, c, d, e], [f, g, h, i, j])]
[True, True, True, True, True]

但我开始好奇，数学运算的结果是否也会这样。结果发现，确实是这样的：

>>> nines = [(x + y, 9) for x, y in enumerate(reversed(range(10)))]
>>> [id(x) == id(y) for x, y in nines]
[True, True, True, True, True, True, True, True, True, True]

看起来在 n=257 的时候就开始不一样了……

>>> a, b = 200 + 56, 256
>>> id(a) == id(b)
True
>>> a, b = 200 + 57, 257
>>> id(a) == id(b)
False

不过有时候即使是更大的数字，它也还是能保持一致：

>>> [id(2 * x + y) == id(300 + x) for x, y in enumerate(reversed(range(301)))][:10]
[True, True, True, True, True, True, True, True, True, True]

这到底是怎么回事？Python 是怎么做到的呢？

Answer 1

据我所知，id和参数的大小没有关系。它必须返回一个在整个生命周期内唯一的标识符。而且，如果两个参数不同时存在，它可以返回相同的结果。

Answer 2

你遇到了一个常见的陷阱：

id(2 * x + y) == id(300 + x)

这两个表达式 2 * x + y 和 300 + x 的“生命期”并不重叠。简单来说，就是Python在计算左边的表达式时，会先算出结果，然后获取这个结果的身份标识（id），接着在计算右边的表达式之前，就把这个整数释放掉了。当CPython释放一个整数时，它会把这个整数放到一个空闲整数的列表中，下次需要整数时就会重新使用这个已经释放的整数。所以即使计算结果差别很大，它们的身份标识（id）也可能是一样的：

>>> x, y = 100, 40000
>>> id(2 * x + y) == id(300 + x)
True
>>> 2 * x + y, 300 + x
(40200, 400)

Answer 3

Python会在某些数字范围内保留一组int对象。当你在这个范围内创建一个数字时，实际上你得到的是一个已经存在的对象的引用。我猜这是为了提高效率。

对于那些不在这个范围内的数字，每次你尝试创建一个时，似乎都会得到一个新的对象。

$ python
Python 3.2 (r32:88445, Apr 15 2011, 11:09:05) 
[GCC 4.5.2 20110127 (prerelease)] on linux2
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> x = 300
>>> id(x)
140570345270544
>>> id(100+200)
140570372179568
>>> id(x*2)
140570345270512
>>> id(600)
140570345270576

来源

PyObject* PyInt_FromLong(long ival) 返回值：新的引用。创建一个 值为ival的新整数对象。

当前的实现会为所有 在-5到256之间的整数保留一个 整数对象数组，当你在这个范围内 创建一个整数时，你实际上只是 得到了一个现有对象的引用。 所以理论上可以改变数字1的值。我怀疑在这种情况下，Python的行为是未定义的。:-)

强调是我的观点