Python 变量的存储

小知识，大挑战！本文正在参与“程序员必备小知识”创作活动。

一、变量的引用

• 变量 和 数据 都是保存在 内存 中的
• 在 Python 中 函数的参数传递 以及 返回值 都是靠 引用 传递的

1.1 引用的概念

在 Python 中

• 变量 和 数据 是分开存储的
• 数据 保存在内存中的一个位置
• 变量 中保存着数据在内存中的地址
• 变量 中 记录数据的地址，就叫做 引用
• 使用 id() 函数可以查看变量中保存数据所在的 内存地址

注意：如果变量已经被定义，当给一个变量赋值的时候，本质上是 修改了数据的引用

• 变量 不再 对之前的数据引用
• 变量 改为 对新赋值的数据引用

1.2 变量引用的示例

在 Python 中，变量的名字类似于 便签纸 贴在 数据 上

• 定义一个整数变量 a，并且赋值为 1

代码	图示
a = 1

• 将变量 a 赋值为 2

代码	图示
a = 2

• 定义一个整数变量 b，并且将变量 a 的值赋值给 b

代码	图示
b = a

变量 b 是第 2 个贴在数字 2 上的标签

1.3 函数的参数和返回值的传递

在 Python 中，函数的 实参/返回值 都是是靠 引用 来传递来的

In [1]: def demo(num):
   ...:
   ...:     print('num=', num, '地址:', id(num))
   ...:
   ...:     result = 100
   ...:
   ...:     print('result=', result, '地址:', id(result))
   ...:
   ...:     return result
   ...:

In [2]: a = 10

In [3]: print('a=', a, '地址:', id(a))
a= 10 地址: 140704168770912

In [4]: r = demo(a)
num= 10 地址: 140704168770912
result= 100 地址: 140704168773792

In [5]: id(r)
Out[5]: 140704168773792
复制代码

a 与 num 的地址是一致的，r 和 result 也是一致的，由此可以见得函数的 实参/返回值 都是是靠 引用 来传递来的

二、可变和不可变类型

• 不可变类型，内存中的数据不允许被修改：
  • 数字类型 int, bool, float, complex, long(2.x)
  • 字符串 str
  • 元组 tuple
• 可变类型，内存中的数据可以被修改：
  • 列表 list
  • 字典 dict

不可变数据类型测验

In [13]: x = 1

In [14]: id(x)
Out[14]: 140704168770624

In [15]: x = 'hello'

In [16]: id(x)
Out[16]: 2377344402928

In [17]: x = [1, 2, 3]

In [18]: id(x)
Out[18]: 2377344895240

In [19]: x = [3, 2, 1]

In [20]: id(x)
Out[20]: 2377342416648
    
复制代码

不可变类型，内存中的数据不允许被修改，当变量的从新赋值时，并不是把当前引用的数据修改，而是

• 变量 不再 对之前的数据引用
• 变量 改为 对新赋值的数据引用

可变数据类型测验

In [20]: li = [1, 2, 3]

In [21]: # 列表定义后的内存地址
    
In [22]: id(li)
Out[22]: 2377344541640

In [23]: li.append(666)

In [24]: li.pop(0)
Out[24]: 1

In [25]: li.remove(2)

In [26]: li[0] = 10

In [27]: # 列表修改后的内存地址

In [28]: li
Out[28]: [10, 666]

In [29]: id(li)
Out[29]: 2377344541640		# 其内部元素发生了变化，但内存地址依旧没变
复制代码

info_dict = {'name': 'ithui'}

print('定义字典后的地址', id(info_dict))


info_dict['age'] = 22
info_dict.pop('name')
info_dict['name'] = 'hui'

print('修改字典数据后的地址', id(info_dict))


=============结果如下=============
定义字典后的地址 1907533547384
修改字典数据后的地址 1907533547384

复制代码

注意：

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1. 可变类型的数据变化，是通过 方法 来实现的
2. 如果给一个可变类型的变量，赋值了一个新的数据，引用会修改
   • 变量 不再 对之前的数据引用
   • 变量 改为 对新赋值的数据引用
3. 字典的 key 只能使用不可变类型的数据

哈希 (hash)

• Python 中内置有一个名字叫做 hash(o) 的函数
  • 接收一个 不可变类型 的数据作为 参数
  • 返回 结果是一个 整数
• 哈希 是一种 算法，其作用就是提取数据的 特征码（指纹）
  • 相同的内容 得到 相同的结果
  • 不同的内容 得到 不同的结果
• 在 Python 中，设置字典的 键值对 时，会首先对 key 进行 hash 已决定如何在内存中保存字典的数据，以方便 后续 对字典的操作：增、删、改、查
  • 键值对的 key 必须是不可变类型数据
  • 键值对的 value 可以是任意类型的数据

三、局部变量和全局变量

• 局部变量 是在 函数内部 定义的变量，只能在函数内部使用
• 全局变量 是在 函数外部定义 的变量（没有定义在某一个函数内），所有函数 内部 都可以使用这个变量

提示：在其他的开发语言中，大多 不推荐使用全局变量 —— 可变范围太大，导致程序不好维护！

3.1 局部变量

• 局部变量 是在 函数内部 定义的变量，只能在函数内部使用
• 函数执行结束后，函数内部的局部变量，会被系统回收
• 不同的函数，可以定义相同的名字的局部变量，但是 彼此之间 不会产生影响

1) 局部变量的作用

• 在函数内部使用，临时 保存 函数内部需要使用的数据

2) 局部变量的生命周期

• 所谓 生命周期 就是变量从 被创建 到 被系统回收 的过程
• 局部变量 在 函数执行时 才会被创建
• 函数执行结束后 局部变量 被系统回收
• 局部变量在生命周期 内，可以用来存储 函数内部临时使用到的数据

3.2 全局变量

• 全局变量 是在 函数外部定义 的变量，所有函数内部都可以使用这个变量

# 定义一个全局变量
num = 10


def demo1():

    print(num)


def demo2():

    print(num)

demo1()
demo2()

print("over")

=============结果如下=============
10
10
over

复制代码

注意：函数执行时，需要处理变量时 会：

1. 首先 查找 函数内部 是否存在 指定名称 的局部变量，如果有，直接使用
2. 如果没有，查找 函数外部 是否存在 指定名称 的全局变量，如果有，直接使用
3. 如果还没有，程序报错！

1) 函数不能直接修改 全局变量的引用

• 全局变量 是在 函数外部定义 的变量（没有定义在某一个函数内），所有函数 内部 都可以使用这个变量

• 在函数内部，可以 通过全局变量的引用获取对应的数据

• 但是，不允许直接修改全局变量的引用 —— 使用赋值语句修改全局变量的值

num = 10


def demo1():

    print("demo1".center(30, '='))

    # 只是定义了一个局部变量，不会修改到全局变量，只是变量名相同而已
    num = 100
    print(num)


def demo2():

    print("demo2".center(30, '='))
    print(num)


demo1()
demo2()

print("over")


# 结果如下
============demo1=============
100
============demo2=============
10
over

复制代码

注意：只是在函数内部定义了一个局部变量而已，只是变量名相同 —— 在函数内部不能直接修改全局变量的值

2) 在函数内部修改全局变量的值

• 如果在函数中需要修改全局变量，需要使用 global 进行声明

num = 10


def demo1():

    print("demo1".center(30, '='))

    # global 关键字，告诉 Python 解释器 num 是一个全局变量
    global num

    # 只是定义了一个局部变量，不会修改到全局变量，只是变量名相同而已
    num = 100
    print(num)


def demo2():

    print("demo2".center(30, '='))
    print(num)


demo1()
demo2()
print("over")

# 结果如下
============demo1=============
100
============demo2=============
100
over

复制代码

3) 全局变量定义的位置

• 因为 Python 解释器是从上到下每一条语句解释执行，因此为了保证所有的函数都能够正确使用到全局变量，应该 将全局变量定义在其他函数的上方

4) 全局变量命名的建议

• 代码不仅是写给机器执行的，更是写给程序员自己看的。因此为了避免局部变量和全局变量出现混淆，通常在定义全局变量时，增加 g_ 或者 gl_ 的前缀，或者字母全部大写。

尾语

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