深入解析sys.getsizeof()

Python提供的sys模塊中，有一個getsizeof()函數可以返回對象的佔用位元組數。

一、數據類型的佔用位元組數

Python支持的內置數據類型，包括int、float、bool、list、tuple、dict等等。但是它們各自所佔用的位元組數是不同的，通過getsizeof()函數可以輸出它們的實際佔用位元組數：

import sys

i = 5
f = 3.1415926
b = False
l = [1, 2, 3]
t = (4, 5, 6)
d = {1: 'one', 2: 'two', 3: 'three'}

print(sys.getsizeof(i))  # 28
print(sys.getsizeof(f))  # 24
print(sys.getsizeof(b))  # 24
print(sys.getsizeof(l))  # 64
print(sys.getsizeof(t))  # 48
print(sys.getsizeof(d))  # 240

從輸出結果中可以看出，Python中int類型佔用28個位元組，float和bool類型佔用24個位元組，list類型佔用64個位元組，tuple類型佔用48個位元組，dict類型佔用240個位元組。

二、變數佔用位元組數

除了數據類型，變數本身也會佔用一定的位元組數。在Python中，變數實際上是一個指向對象內存地址的指針。因此，即使是一個空的變數，也會佔用一定的內存。下面的代碼演示了一些變數在佔用內存時的一些差異：

import sys

a = 5
b = 'hello'
c = [1, 2, 3]
d = {'one': 1, 'two': 2, 'three': 3}
e = []
f = ()

print(sys.getsizeof(a))  # 28
print(sys.getsizeof(b))  # 62
print(sys.getsizeof(c))  # 88
print(sys.getsizeof(d))  # 240
print(sys.getsizeof(e))  # 56
print(sys.getsizeof(f))  # 48

可以看到，int類型的變數佔用28個位元組，字元串類型的變數佔用62個位元組，list類型的變數佔用88個位元組，dict類型的變數佔用240個位元組。同時，即使是一個空的list和tuple，也分別佔用了56和48個位元組。

三、垃圾回收機制

Python中的垃圾回收機制對於內存的使用也有一定的影響。在Python中，除了引用計數，還有一種垃圾回收機制叫做循環垃圾回收機制。當一個對象沒有被引用時，垃圾回收器會將其清理掉。但是當一個對象被刪除時，它所包含的子對象不一定會被立即清理。

以下代碼演示了一個示例。當刪除一個對象時，它所包含的子對象不一定會被立即清理，需要等到垃圾回收器運作時才能清理：

import sys
import gc

class A(object):
    def __init__(self):
        self.b = B(self)

class B(object):
    def __init__(self, a):
        self.a = a

a = A()
print(sys.getsizeof(a))  # 48
a = None
gc.collect()

在上面的示例中，A實例中包含一個B實例，而B實例又包含一個指向A實例的引用。當刪除A實例時，它所包含的B實例並不會立即被清理。只有在運行垃圾回收器時，才會清理掉這個B實例。因此，在實際應用中，需要格外注意循環引用的情況。

四、位元組碼編譯

Python中的位元組碼編譯也會對內存使用產生影響。對於一個函數來說，它的位元組碼不僅要佔用一部分內存，而且每次調用函數時，都需要重新編譯一次函數的位元組碼。

以下代碼演示了位元組碼編譯對內存使用的影響：

import sys

def test():
    i = 5
    j = 10
    k = 15
    return i + j + k

print(sys.getsizeof(test))  # 136

上面的代碼演示了一個簡單的函數，內部只創建了3個變數。不過，即使這個函數很短，它的位元組碼編譯佔用了136個位元組。

五、內存分配、釋放和復用

Python中的內存分配、釋放和復用機制也會對內存使用產生影響。對於比較小的對象，Python會採用內存池機制進行分配和釋放，以避免頻繁的調用操作系統的內存分配和釋放函數。同時，在一些情況下，Python也會採用內存復用機制進行優化，從而避免不必要的內存分配。

以下代碼演示了Python的內存池和內存復用機制：

import sys

a = 1000
b = 1000

print(id(a))  # 139933595660672
print(id(b))  # 139933595660672
print(sys.getsizeof(a))  # 28

c = [1, 2, 3]
d = [1, 2, 3]

print(id(c))  # 139933596098880
print(id(d))  # 139933595632320
print(sys.getsizeof(c))  # 64

上面的代碼演示了兩個示例。在第一個示例中，Python對於比較小的int數據類型採用了內存復用機制，因此，變數a和b的內存地址是一樣的，並且它們所佔用的位元組數也很小。而在第二個示例中，list類型的數據較大，因此Python並沒有採用內存復用機制，變數c和d的內存地址不一樣，並且它們所佔用的位元組數也較大。