简介： # Python GC机制 对于Python这种高级语言来说，开发者不须要本人治理和保护内存。Python采纳了援用计数机制为主，标记-革除和分代收集两种机制为辅的垃圾回收机制。 首先，须要搞清楚变量和对象的关系： * 变量：通过变量指针援用对象。变量指针指向具体对象的内存空间，取对象的值。 * 对象，类型已知，每个对象都蕴含一个头部信息（头部信息：类型标识符和援用计数器）

Python GC机制

对于Python这种高级语言来说，开发者不须要本人治理和保护内存。Python采纳了援用计数机制为主，标记-革除和分代收集两种机制为辅的垃圾回收机制。

首先，须要搞清楚变量和对象的关系：

• 变量：通过变量指针援用对象。变量指针指向具体对象的内存空间，取对象的值。
• 对象，类型已知，每个对象都蕴含一个头部信息（头部信息：类型标识符和援用计数器）
  

援用计数

python里每一个货色都是对象，它们的外围就是一个构造体：PyObject，其中ob_refcnt就是援用计数。当一个对象有新的援用时，ob_refcnt就会减少，当援用它的对象被删除，ob_refcnt就会缩小。当援用计数为0时，该对象生命就完结了。

typedef struct_object {
     int ob_refcnt;
     struct_typeobject *ob_type;
} PyObject;

#define Py_INCREF(op)   ((op)->ob_refcnt++) //减少计数
#define Py_DECREF(op) \ //缩小计数
    if (--(op)->ob_refcnt != 0) \
        ; \
    else \
        __Py_Dealloc((PyObject *)(op))

能够应用sys.getrefcount()函数获取对象的援用计数，须要留神的是，应用时会比预期的援用次数多1，起因是调用时会针对于查问的对象主动产生一个长期援用。

上面简略展示一下援用计数的变动过程。

• 一开始创立3个对象，援用计数别离是1。
• 之后将n1指向了新的对象”JKL”，则之前的对象“ABC”的援用计数就变成0了。这时候，Python的垃圾回收器开始工作，将“ABC”开释。
• 接着，让n2援用n1。“DEF”不再被援用，“JKL”因为被n1、n2同时援用，所以援用计数变成了2。

>>> n1 = "ABC"
>>> n2 = "DEF"
>>> n3 = "GHI"
>>> sys.getrefcount(n1)
2
>>> sys.getrefcount(n2)
2
>>> sys.getrefcount(n3)
2
>>> n1 = "JKL"
>>> sys.getrefcount(n1)
2
>>> n2 = n1
>>> sys.getrefcount(n1)
3
>>> sys.getrefcount(n2)
3
>>> sys.getrefcount(n3)
2

优缺点：

长处：实时性好。一旦没有援用，内存就间接开释了。实时性还带来一个益处：解决回收内存的工夫摊派到了平时。

毛病：保护援用计数耗费资源；循环援用无奈解决。

如下图，典型的循环援用场景。对象除了被变量援用n1、n2外，还被对方的prev或next指针援用，造成了援用计数为2。之后n1、n2设成null之后，援用计数依然为1，导致对象无奈被回收。

标记-革除、分代收集

Python采纳标记-革除策略来解决循环援用的问题。然而该机制会导致应用程序卡住，为了缩小程序暂停的工夫，又通过“分代回收”(Generational Collection)以空间换工夫的办法进步垃圾回收效率。详见Python垃圾回收机制！十分实用

Python C扩大的援用计数

Python提供了GC机制，保障对象不被应用的时候会被开释掉，开发者不须要过多关怀内存治理的问题。然而当应用C扩大的时候，就不这么简略了，必须须要了解CPython的援用计数。

当应用C扩大应用Python时，援用计数会随着PyObjects的创立主动加1，然而当开释该PyObjects的时候，咱们须要显示的将PyObjects的援用计数减1，否则会呈现内存透露。

#include "Python.h"

void print_hello_world(void) {
    PyObject *pObj = NULL;

    pObj = PyBytes_FromString("Hello world\n"); /* Object creation, ref count = 1. */
    PyObject_Print(pLast, stdout, 0);
    Py_DECREF(pObj);    /* ref count becomes 0, object deallocated.
                         * Miss this step and you have a memory leak. */
}

有亮点尤其须要留神：

• PyObjects援用计数为0后，不能再拜访。相似于C语言free后，不能再拜访对象。
• Py_INCREF、Py_DECREF必须成对呈现。相似于C语言malloc、free的关系。

Python有三种援用模式，别离为 “New”, “Stolen” 和“Borrowed” 援用。

New援用

通过Python C Api创立出的PyObject，调用者对该PyObject具备齐全的所有权。个别Python文档这样体现：

PyObject* PyList_New(int len)
       Return value: New reference.
       Returns a new list of length len on success, or NULL on failure.

针对于New援用的PyObject，有如下两种抉择。否则，就会呈现内存透露。

• 应用实现后，调用Py_DECREF将其开释掉。

void MyCode(arguments) {
    PyObject *pyo;
    ...
    pyo = Py_Something(args);
    ...
    Py_DECREF(pyo);
}

• 将援用通过函数返回值等模式传递给下层调用函数，然而接收者必须负责最终的Py_DECREF调用。

void MyCode(arguments) {
    PyObject *pyo;
    ...
    pyo = Py_Something(args);
    ...
    return pyo;
}

应用样例：

static PyObject *subtract_long(long a, long b) {
    PyObject *pA, *pB, *r;

    pA = PyLong_FromLong(a);        /* pA: New reference. */
    pB = PyLong_FromLong(b);        /* pB: New reference. */
    r = PyNumber_Subtract(pA, pB);  /*  r: New reference. */
    Py_DECREF(pA);                  /* My responsibility to decref. */
    Py_DECREF(pB);                  /* My responsibility to decref. */
    return r;                       /* Callers responsibility to decref. */
}

// 谬误的例子，a、b两个PyObject透露。
r = PyNumber_Subtract(PyLong_FromLong(a), PyLong_FromLong(b));

Stolen援用

当创立的PyObject传递给其余的容器，例如PyTuple_SetItem、PyList_SetItem。

static PyObject *make_tuple(void) {
    PyObject *r;
    PyObject *v;

    r = PyTuple_New(3);         /* New reference. */
    v = PyLong_FromLong(1L);    /* New reference. */
    /* PyTuple_SetItem "steals" the new reference v. */
    PyTuple_SetItem(r, 0, v);
    /* This is fine. */
    v = PyLong_FromLong(2L);
    PyTuple_SetItem(r, 1, v);
    /* More common pattern. */
    PyTuple_SetItem(r, 2, PyUnicode_FromString("three"));
    return r; /* Callers responsibility to decref. */
}

然而，须要留神PyDict_SetItem外部会援用计数加一。

Borrowed援用

Python文档中，Borrowed援用的体现：

PyObject* PyTuple_GetItem(PyObject *p, Py_ssize_t pos) 
Return value: Borrowed reference.

Borrowed 援用的所有者不应该调用 Py_DECREF()，应用Borrowed 援用在函数退出时不会呈现内存泄露。。然而不要让一个对象解决未爱护的状态Borrowed 援用，如果对象解决未爱护状态，它随时可能会被销毁。

例如：从一个 list 获取对象，持续操作它，但并不递增它的援用。PyList_GetItem 会返回一个 borrowed reference ，所以 item 处于未爱护状态。一些其余的操作可能会从 list 中将这个对象删除（递加它的援用计数，或者开释它），导致 item 成为一个悬垂指针。

bug(PyObject *list) {
    PyObject *item = PyList_GetItem(list, 0);
    PyList_SetItem(list, 1, PyInt_FromLong(0L));
    PyObject_Print(item, stdout, 0); /* BUG! */
}

no_bug(PyObject *list) {
    PyObject *item = PyList_GetItem(list, 0);
    Py_INCREF(item); /* Protect item. */
    PyList_SetItem(list, 1, PyInt_FromLong(0L));
    PyObject_Print(item, stdout, 0);
    Py_DECREF(item);
}

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