Python 在分配内存需要考虑的问题

Python 中的sys模块极为基础而重要，它主要提供了一些给解释器使用（或由它维护）的变量，以及一些与解释器强交互的函数。

本文将会频繁地使用该模块的getsizeof()方法，因此，我先简要介绍一下：

  •  该方法用于获取一个对象的字节大小（bytes）

  •  它只计算直接占用的内存，而不计算对象内所引用对象的内存

这里有个直观的例子：

import sys

a = [1, 2]
b = [a, a]  # 即 [[1, 2], [1, 2]]

# a、b 都只有两个元素，所以直接占用的大小相等
sys.getsizeof(a) # 结果：80
sys.getsizeof(b) # 结果：80

上例说明了一件事：一个静态创建的列表，如果只包含两个元素，那它自身占用的内存就是 80 字节，不管其元素所指向的对象是什么。

好了，拥有这把测量工具，我们就来探究一下 Python 的内置对象都藏了哪些小秘密吧。

1、空对象不是“空”的！

对于我们熟知的一些空对象，例如空字符串、空列表、空字典等等，不知道大家是否曾好奇过，是否曾思考过这些问题：
空的对象是不是不占用内存呢？如果占内存，那占用多少呢？为什么是这样分配的呢？

直接上代码吧，一起来看看几类基本数据结构的空对象的大小：

import sys
sys.getsizeof("")      # 49
sys.getsizeof([])      # 64
sys.getsizeof(())      # 48
sys.getsizeof(set())   # 224
sys.getsizeof(dict())  # 240

# 作为参照：
sys.getsizeof(1)       # 28
sys.getsizeof(True)    # 28

可见，虽然都是空对象，但是这些对象在内存分配上并不为“空”，而且分配得还挺大（记住这几个数字哦，后面会考）。

排一下序：基础数字 < 空元组 < 空字符串 < 空列表 < 空集合 < 空字典。

这个小秘密该怎么解释呢？

因为这些空对象都是容器，我们可以抽象地理解：它们的一部分内存用于创建容器的骨架、记录容器的信息（如引用计数、使用量信息等等）、还有一部分内存则是预分配的。

2、内存扩充不是均匀的！

空对象并不为空，一部分原因是 Python 解释器为它们预分配了一些初始空间。在不超出初始内存的情况下，每次新增元素，就使用已有内存，因而避免了再去申请新的内存。

那么，如果初始内存被分配完之后，新的内存是怎么分配的呢？

import sys
letters = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"

a = []
for i in letters:
    a.append(i)
    print(f'{len(a)}, sys.getsizeof(a) = {sys.getsizeof(a)}')

b = set()
for j in letters:
    b.add(j)
    print(f'{len(b)}, sys.getsizeof(b) = {sys.getsizeof(b)}')

c = dict()
for k in letters:
    c[k] = k
    print(f'{len(c)}, sys.getsizeof(c) = {sys.getsizeof(c)}')

分别给三类可变对象添加 26 个元素，看看结果如何：