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今天是第039篇：

参数传递和内存结构 – 修正版

昨天讲的话题，有的麦友表示代码没有输出结果，看不懂。也有表示还不够清楚，所以今天重新发一次，添加了代码结果，也大幅完善了说明。

“本文是我的电子书麦叔带你学Python中相关的章节复制和修改。

“完整电子书可以在麦叔编程公众号上回复book1获取。

当调用函数的时候，需要传递参数，变量从一个函数传递到了另一个函数。

这个传递过程发生了？被传递的变量是被复制了一份呢？还是两个函数共用同一个对象呢？

分清楚变量和对象

首先我们要分清楚变量和对象的区别和关系。在这行代码name="麦叔"中实际上创建了两个东西：

  • 一个是name变量，它在内存中有一块小的空间，里面保存了变量所代表的对象的内存地址。这个地址可以改变。
  • 一个是字符串”麦叔”，它在内存中有自己的存放空间，里面存放具体的数据。

如下图所示：

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做一个类比：有一个冰箱，上面有一个便签贴，上面写着麦叔001。这个便签条就是变量，而冰箱就是对象。

在编程的世界中，便签条上除了有个标识符麦叔001，还有一个地址记录了麦叔001所代表的冰箱存放的位置。

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这个图中贴了好几个便签条。在编程中也可以这么干，可以有好多变量实际上指向了同一个对象。这种情况下，如果通过任何一个变量修改了对象的内容，那就都修改了，因为毕竟都是同一个对象。

可变数据类型和不可变数据类型

我们再来理解一下变量和对象的内存结构，尤其是list等集合类型的内存结构：

name = '麦叔'
print(id(name))
name = '张三'
print(id(name))

函数id()返回一个对象的内存地址，上面的代码打印结果如下：

4348256848
4348256944

上面打印的内存地址是不同的，这表明麦叔和张三是两个不同的对象。

在内存里，它的过程是这样的：

  • 变量name有一个自己的空间（蓝色方块），存放它所代表的对象的地址（黄色方块）。
  • 一开始，变量名 name 指向了“麦叔”对象；后来变量名name指向了“张三”。
  • 这时候“麦叔”不再有变量指向它，因而成为孤魂对象，这种对象会被Python的垃圾回收器销毁掉，因为没用了嘛。
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不可变对象内存结构

要点总结：

对于字符串，数字等数据类型，每次我们修改一个变量的值的时候，Python会创建一个新的对象，把变量指向这个新的对象。

所以字符串等被称为不可变对象，因为对象一旦创建就不能修改。修改实际上是创建了新的对象。

来看看复杂的数据类型，比如 list：

cities = ['北京', '上海', '广州', '深圳']
print(id(cities))
cities.append('雄安')
print(id(cities))

打印结果：

4307939968
4307939968

上面创建了一个列表cities，然后给cities中间添加了城市雄安。两次打印内存地址是完全相同的，说明是同一个对象。

这说明了：list, set, dict等对象的内容是可以被修改的，并不会因为修改而从新创建对象。所以它们被称为可变对象。

如下图所示

  • cities是一个普通的变量，和前面的name没有什么区别，它里面保存了list对象的地址。
  • list对象就是下图中间的部分，它里面存放了很多东西，所谓存放只不过是保存了具体对象的地址。就好像有班级花名册，记录同学名字和住址。
  • 当list中添加或者减少一个对象时，只是更新花名册上的名字就可以了，不需要每次都新建一个花名册。
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下面列举了Python中的可变对象(Mutable Types)和不可变对象(Immutable Type)：

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参数传递和引用次数

理解了变量的内存存储结构，我们再来看本文开始的的问题，参数传递到底是传递了什么？是复制了一份吗？

先说结论：参数和返回值的传递都是传递的变量指向的内存地址：

import random
name = '麦叔'
print(f'name的地址：{id(name)}')

def shuai_score(person):
    print(f'name的地址：{id(person)}')
    score = random.randint(1, 10)
    print(f'score的地址：{id(score)}')
    return score

mscore = shuai_score(name)
print(f'mscore的地址：{id(mscore)}')

打印结果：

name的地址：4345848400
name的地址：4345848400
score的地址：4344381712
mscore的地址：4344381712

代码说明：

  • name被传给了shuai_score函数，传递的是内存地址，所以两次打印地址是相同的。
  • 返回的score也是内存地址，所以两次打印地址也是相同的。

再来看下一个例子：

name = 'zhangsan'
print(f'外部name的地址：{id(name)}')

def hello(name):
    print('----------')
    print(f'传进来name的地址：{id(name)}')
    name = 'lisi'
    print(f'修改过的name的地址：{id(name)}')
    print('----------')

hello(name)

print(f'外部name的新地址：{id(name)}')

打印结果：

外部name的地址：4339450800
----------
传进来name的地址：4339450800
修改过的name的地址：4339450928
----------
外部name的新地址：4339450800

代码说明：

  • 最开始name是zhangsan，地址是4339450800。这个name是全局变量。
  • 调用hello(name)的时候，全局变量name被传递给了函数hello()，这时候hello创建了一个局部变量，碰巧也叫name。这两个虽然都叫name，但是不同的变量。但它们同时指向了对象zhangsan，所以在函数打印时的时候，内存地址也是4339450800。
  • 在函数内局部变量的值改成了lisi，这时候Python创建了一个新的对象，并把局部变量name指向了这个新的对象。所以再次打印地址成了4339450928。
  • 这个过程并不会影响外部的全局变量，所以外部再次打印，还是4339450800。

简单来说：

  • 全局变量 name 指向zhangsan，这一直都没有变过；
  • 局部变量 name 本来是指向zhangsan的，但是后来指向了lisi，这并不影响全局变量还是指向张三。

再来看一个可变对象的例子：

cities = ['北京', '上海', '广州', '深圳']
print(f'全局cities的地址：{id(cities)}')

def add_city(cities):
    print(f'局部cities的地址：{id(cities)}')
    cities.append('雄安')
    print(f'局部cities的地址：{id(cities)}')

add_city(cities)
print(cities)
print(f'全局cities的地址：{id(cities)}')

打印结果：

全局cities的地址：4378653312
局部cities的地址：4378653312
局部cities的地址：4378653312
['北京', '上海', '广州', '深圳', '雄安']
全局cities的地址：4378653312

代码说明：

  • cities变量被传递给add_city函数，这时候局部变量和全局变量同时指向同一个list对象。
  • 在add_city中增加了雄安，但因为list是可变对象，所以这个修改不会改变list对象地址，所以全局变量和局部变量仍然指向同一个对象。
  • 所以多次打印cities的地址，都是同一个。函数中的改变，也影响了外部的变量的值，因为本来就是同一个对象嘛。
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