2.2　Python对象和引用

2.2.1　Python对象概述

计算机程序通常用于处理各种类型的数据（即对象），不同的数据属于不同的数据类型，支持不同的运算操作。

在Python语言中，数据表示为对象。对象本质上是一个内存块，拥有特定的值，支持特定类型的运算操作。

在Python 3中，一切皆为对象。Python语言中的每个对象由标识（identity）、类型（type）和值（value）标识。

（1）标识用于唯一地标识一个对象，通常对应对象在计算机内存中的位置。使用内置函数id（obj1）可以返回对象obj1的标识。

（2）类型用于表示对象所属的数据类型（类），数据类型用于限定对象的取值范围以及允许执行的处理操作。使用内置函数type（obj1）可以返回对象obj1所属的数据类型。

（3）值用于表示对象的数据类型的值。使用内置函数print（obj1）可以返回对象obj1的值。

通过内置的type（）函数可以判断一个对象的类型。通过内置的id（）函数可以获取一个对象唯一的id标识（CPython的实现为内存存放位置）。

【例2.2】　使用内置函数type（）、id（）和print（）查看对象。

字面量123创建一个实例对象，其id标识为140706558370656，类型为int类型，值为123。

在Python 3中函数和类等也是对象，也具有相应的类型和id。

【例2.3】　查看Python的内置函数对象。

2.2.2　使用字面量创建实例对象

对于内置对象，Python通常提供使用字面量直接创建实例对象的语法。

Python的数据类型定义了一个值的集合，在Python代码中使用字面量表示某个数据类型的值。例如，12、101等表示int数据类型的值；0.1 7、3.14等表示float数据类型的值；True和False表示bool数据类型的值；'Hello，World'、'张三'等表示str数据类型的值。

字面量在Python语句中解释为表达式，Python基于字面量创建相应的数据类型的对象。

【例2.4】　使用字面量创建实例对象。

Python使用字面量123和＂abc＂分别创建一个int型对象和一个str型对象。

2.2.3　使用类对象创建实例对象

通过直接调用类对象可以创建实例对象，其语法格式如下。

【例2.5】　使用类对象创建实例对象。

Python使用int（12）创建一个整数数据类型的实例对象；使用complex（1，2）创建一个复数类型的实例对象。

另外，表达式的运算结果也可以创建新的对象；Python语句def会创建函数对象；class语句会创建类对象，详细阐述请参见本书的后续章节。

2.2.4　数据类型

在Python语言中，所有对象都有一个数据类型。Python数据类型的定义为一个值的集合以及在这个值集上的一组运算操作。

例如整数数据类型（int），其值的集合为所有的整数，支持的运算操作包括+（加法）、-（减法）、*（乘法）、//（整除）等，88、1024等都是整数类型数据。

每个对象存储一个值，例如，int类型的对象可以存储值1234、99或1333。不同的对象可以存储同一个值，例如，一个str类型的对象可以存储值'hello'，另一个str类型的对象也可以存储值'hello'。在一个对象上可执行且只允许执行其对应数据类型定义的操作，例如，两个int对象可执行乘法运算，但两个str对象不允许执行乘法运算。

Python数据类型包括内置数据类型和自定义数据类型。Python语言提供了丰富的内置数据类型，用于有效地处理各种类型的数据。本书后续章节将展开内置数据类型和自定义数据类型的阐述。

2.2.5　变量和对象的引用

Python对象是位于计算机内存中的一个内存数据块。为了引用对象，用户必须通过赋值语句把对象赋值给变量（也称之为把对象绑定到变量）。指向对象的引用即变量。

【例2.6】　使用赋值语句把对象绑定到变量。

Python使用字面量表达式1、2和表达式a+b创建3个整型对象，并使用赋值语句把3个对象分别绑定到变量a、b和c。

字面量用于创建值为字面量的对象，即某个数据类型的实例对象；表达式使用运算符实现多个操作数（对象）的运算操作，并返回结果对象。用户可以把对象通过赋值语句赋值给一个变量，即把对象绑定到一个变量，注意变量名必须为有效的标识符。

在Python 3中，作为对象的函数和类等也可以通过变量引用，但这样的引用一般意义不大，建议直接使用函数／类，以提高程序的可读性。例如：

2.2.6　Python是动态类型语言

Python是动态类型语言，即变量不需要显式声明数据类型。根据变量的赋值，Python解释器自动确定其数据类型。

事实上，变量仅用于指向某个类型对象，因此变量可以不限定类型，即可以指向任何类型的对象。

通过标识符和赋值运算符（=）可以指定某个变量指向某个对象，即引用该对象。多个变量可以引用同一个对象，一个变量也可以改变指向其他的对象。

【例2.7】　变量的动态类型示例。

123为类int的对象实例，其id为140706558370656；a=123，即变量a指向（引用）对象实例123，故其id也为140706558370656；b=123，即变量b也指向（引用）对象实例123，故其id也为140706558370656；c=a，变量c和变量a一样，指向（引用）对象实例123，其id同样为140706558370656。a='abc'，变量a指向（引用）对象实例'abc'，其id为2529314137232。

2.2.7　Python是强类型语言

Python是一种强类型语言，每个变量指向的对象均属于某个数据类型，即只支持该类型允许的运算操作。

【例2.8】　变量的强数据类型示例。

2.2.8　对象内存示意图

Python程序运行时会在内存中创建各种对象（位于堆内存中），通过赋值语句可以将对象绑定到变量（位于栈内存中），从而通过变量引用对象进行各种操作。

多个变量可以引用同一个对象。如果一个对象不再被任何有效作用域中的变量引用，则会通过自动垃圾回收机制回收该对象占用的内存。

为了更好地理解Python对象和变量的作用机制，本书采用对象内存示意图进行演示。

【例2.9】　变量增量运算示例以及相应的对象内存示意图。

第1条语句，创建一个值为100的int对象，并绑定到变量i；第2条语句，先计算表达式i+1的值，然后创建一个值为101的int对象，并绑定到变量i。

执行各条语句后，其对象内存示意图如图2-1所示。

注意：在执行完第2条语句后，内存中存在3个int对象，即100、1和101，变量i引用对象101，其他两个对象没有被任何变量引用，将被自动垃圾回收器回收。

【例2.10】　交换两个变量的示例以及相应的对象内存示意图。

在执行各条语句后，其对象内存示意图如图2-2所示。

2.2.9　对象的值比较和引用判别

通过==运算符可以判断两个变量指向的对象的值是否相同；通过is运算符可以判断两个变量是否指向同一对象。

【例2.11】　对象的值比较（==）和引用判别（is）示例。

2.2.10　不可变对象和可变对象

Python 3对象可以分为不可变对象（immutable）和可变对象（mutable）。不可变对象一旦创建，其值就不能被修改；可变对象的值可以被修改。Python对象的可变性取决于其数据类型的设计，即是否允许改变其值。

Python中的大部分对象都是不可变对象，例如int、str、complex等。变量是指向某个对象的引用，多个变量可以指向同一个对象。给变量重新赋值，并不改变原始对象的值，只是创建一个新对象，并指向该变量。

【例2.12】　不可变对象示例。

对象本身的值可以改变的对象称为可变对象（例如list、dict等）。

【例2.13】　可变对象示例。