为什么`is`运算符在脚本中的行为与REPL不同？

Question

在python中，两个代码具有不同的结果：

a = 300
b = 300
print (a==b)
print (a is b)      ## print True
print ("id(a) = %d, id(b) = %d"%(id(a), id(b))) ## They have same address

但是在外壳模式（交互模式）下：

>>> a = 300
>>> b = 300
>>> a is b
False
>>> id(a)
4501364368
>>> id(b)
4501362224

“是”运算符具有不同的结果。

Answer 1

当您在运行代码.py的脚本，将整个文件被编译成一个代码对象之前执行它。在这种情况下，CPython可以进行某些优化-例如将相同的实例重新使用整数300。

您还可以在REPL中通过在更类似于脚本执行的上下文中执行代码来重现该代码：

>>> source = """\ 
... a = 300 
... b = 300 
... print (a==b) 
... print (a is b)## print True 
... print ("id(a) = %d, id(b) = %d"%(id(a), id(b))) ## They have same address 
... """
>>> code_obj = compile(source, filename="myscript.py", mode="exec")
>>> exec(code_obj) 
True
True
id(a) = 140736953597776, id(b) = 140736953597776

其中一些优化是非常积极的。您可以修改脚本行，b = 300将其更改为b = 150 + 150，而CPython仍将“折叠” b为相同的常量。如果您对此类实现细节感兴趣，请查看peephole.c并在Ctrl + F中查找“ consts table”。

相反，当您直接在REPL中逐行运行代码时，它将在不同的上下文中执行。每行以“单”模式编译，因此无法进行此优化。

>>> scope = {} 
>>> lines = source.splitlines()
>>> for line in lines: 
...     code_obj = compile(line, filename="<I'm in the REPL, yo!>", mode="single") 
...     exec(code_obj, scope) 
...
True
False
id(a) = 140737087176016, id(b) = 140737087176080
>>> scope['a'], scope['b']
(300, 300)
>>> id(scope['a']), id(scope['b'])
(140737087176016, 140737087176080)

Answer 2

关于 CPython 及其行为，实际上有两件事需要了解。首先，在[-5, 256]范围内的小整数在内部被嵌入。因此，即使在 REPL 中，落在该范围内的任何值都将共享相同的 id：

>>> a = 100
>>> b = 100
>>> a is b
True

由于 300 > 256，它没有被实习：

>>> a = 300
>>> b = 300
>>> a is b
False

其次，在脚本中，文字被放入编译代码的常量部分。Python 足够聪明，可以意识到，由于a和 都b 引用文字，300而且它300是一个不可变对象，因此它可以继续引用相同的常量位置。如果您稍微调整一下脚本并将其写为：

def foo():
    a = 300
    b = 300
    print(a==b)
    print(a is b)
    print("id(a) = %d, id(b) = %d" % (id(a), id(b)))


import dis
dis.disassemble(foo.__code__)

输出的开头部分如下所示：

2           0 LOAD_CONST               1 (300)
            2 STORE_FAST               0 (a)

3           4 LOAD_CONST               1 (300)
            6 STORE_FAST               1 (b)

...

如您所见，CPython 正在加载a和b使用相同的常量槽。这意味着，a和b现在指的是同一个对象（因为它们引用相同的插槽），这就是为什么a is b是True在脚本，但不是在REPL。

如果将语句包装在函数中，您也可以在 REPL 中看到这种行为：

>>> import dis
>>> def foo():
...   a = 300
...   b = 300
...   print(a==b)
...   print(a is b)
...   print("id(a) = %d, id(b) = %d" % (id(a), id(b)))
...
>>> foo()
True
True
id(a) = 4369383056, id(b) = 4369383056
>>> dis.disassemble(foo.__code__)
  2           0 LOAD_CONST               1 (300)
              2 STORE_FAST               0 (a)

  3           4 LOAD_CONST               1 (300)
              6 STORE_FAST               1 (b)
# snipped...

底线：虽然 CPython 有时会进行这些优化，但您不应该真正指望它——它确实是一个实现细节，并且随着时间的推移而发生了变化（CPython 过去只对最多 100 的整数执行此操作，因为例子）。如果您要比较数字，请使用==. :-)