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Python 内置类型的不可变性原理

舞姬之光

舞姬之光

发布时间:2026-01-26 19:03:10

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来源于php中文网

原创

int、str、tuple 修改后 ID 变了,因为它们是不可变类型,所谓“修改”实为创建新对象并重新绑定变量;其内存值不可原地更改,id() 变化反映的是引用指向变更而非内容改变。

python 内置类型的不可变性原理

为什么 intstrtuple 修改后 ID 变了

因为它们不是“修改”,而是创建了新对象。Python 中的不可变类型一旦初始化,其内存中存储的值就不能被原地更改。比如 a = 5 后执行 a += 1,实际是 a = a + 1,即用新整数对象 6 覆盖变量 a 的引用,旧对象 5 若无其他引用就会被回收。

常见误判场景:以为 s = "hello"; s += " world" 是在原字符串上拼接——其实生成了全新 str 对象,原 "hello" 未被改动。

  • id() 变化是判断是否新建对象的最直接依据,不是“内容变了”,而是“指向变了”
  • 小整数(-5 到 256)和短字符串有缓存机制,可能让 id() 看似不变,但这属于实现细节,不能当作可变性证据
  • tuple 不可变指其元素引用不可变,若元素本身是可变对象(如 tuple([1,2], {"a":1})),内部列表或字典仍可修改

is== 在不可变类型上的行为差异

对不可变类型,is 比较的是对象身份(即内存地址),== 比较的是值。由于小整数和短字符串常驻缓存池,相同值的多个变量可能指向同一对象,导致 is 返回 True;但这是 CPython 的优化,不是语言规范保证。

例如:

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a = 257
b = 257
print(a is b)  # False(超出小整数缓存范围)
c = "hi"
d = "hi"
print(c is d)  # True(CPython 对短字符串字面量做了驻留)
  • 永远不要用 is 判断数值或字符串相等,该用 ==
  • is 只应出现在检查是否为 NoneTrueFalse 等单例时
  • 不同 Python 实现(如 PyPy)或不同版本可能改变驻留策略,依赖 is 做值比较会导致隐蔽 bug

不可变性如何影响函数参数传递

Python 所有参数传递都是“对象引用传递”,但不可变类型在函数内无法修改原对象,看起来像“传值”。关键在于:你能否通过形参改变实参所指向的对象内容。

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示例:

def modify(x):
    x += 10  # 创建新 int,不影响外部变量

n = 100 modify(n) print(n) # 还是 100

  • 函数内对不可变对象的任何“修改操作”(+=upper()tuple + tuple)都返回新对象,不会影响调用方的变量绑定
  • 如果函数内重新赋值形参(如 x = x * 2),只是让形参指向新对象,不改变实参变量的指向
  • 这和可变类型(如 list.append())形成对比:后者能直接改变原对象状态,调用方可见

试图绕过不可变性会触发什么错误

直接对不可变对象调用就地修改方法,或尝试写入属性,会立刻抛出异常,错误信息明确指向不可变性限制。

  • str:调用 s[0] = "H"TypeError: 'str' object does not support item assignment
  • tuple:调用 t[0] = 99TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
  • int:尝试 (5).__dict__ = {} 或设置属性 → AttributeError: 'int' object has no attribute '__dict__'

这些报错不是运行时“检测到危险操作”,而是类型对象在 C 层就禁用了对应接口(如 tp_setitemNULL)。所以不是性能开销换来的安全,而是底层设计决定的硬性约束。

真正容易忽略的是:不可变性只保障对象自身状态不被修改,不保障其所引用的对象——比如一个 tuple 包含一个 list,那个 list 依然可以被任意增删改。这种嵌套可变性常常成为调试盲区。

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