【Python语言基础】19、垃圾回收

1. 垃圾回收

计算机的内存想象成一个大仓库，里面存放着各种各样的货物（对象），而 Python 的垃圾回收机制就如同仓库里的清洁工，会定期检查房间（内存），把那些你不再使用的物品（对象）清理掉，释放出空间，让你可以继续使用内存。

而在程序中没有被引用的对象就是垃圾，垃圾对象过多会影响到程序的运行速度。

下面咱们就结合生活场景详细说说。

1.1 引用计数-日常检查货物标签

在这个大仓库中，每一件货物上都挂着标签，每个标签代表着一个对该货物的引用。

比如，有一个叫 “苹果” 的货物，当仓库管理员小王在他的货物清单上记录了 “苹果” 时，“苹果” 这个货物就有了一个标签，代表小王引用了它。

# 仓库里新来了一批苹果
apples = ["红富士", "蛇果"]  
# 小李也在他的清单上记录了苹果
other_apples = apples  

此时，“苹果” 货物上就有了两个标签，意味着它的引用计数是 2。

当小王不再需要 “苹果” 了，他会从自己的清单上划掉 “苹果”，这就相当于删除了一个引用。

# 小王不再关注苹果了
del apples  

这时，“苹果” 货物上就只剩下一个标签，引用计数变为 1。
如果小李也不再需要 “苹果”，从他的清单上划掉 “苹果”，引用计数就变为 0。

# 小李也不再关注苹果了
del other_apples  

一旦引用计数为 0，清洁工（垃圾回收机制）就会立刻发现，然后把 “苹果” 货物从仓库中清理出去，释放出存放 “苹果” 的空间。

1.2 标记-清除算法：处理互相依赖的货物

有时候，仓库里会出现一些特殊情况，有两件货物相互捆绑在一起，而且没有其他地方提到它们。
比如，“箱子” 货物里面装着 “钥匙” 货物，同时 “钥匙” 又能打开 “箱子”，它们相互依赖。

class Box:passclass Key:pass# 仓库里有了一个箱子和一把钥匙
box = Box()
key = Key()
# 箱子里装着钥匙
box.key = key
# 钥匙能打开箱子
key.box = box
# 仓库管理员不再需要它们了
del box
del key

在这种情况下，“箱子” 和 “钥匙” 虽然看起来没人要了，但因为它们相互引用，各自的引用计数都不为 0。
这时，日常检查标签的方法（引用计数）就失效了。

于是，清洁工就会启动标记 - 清除算法。他先把仓库里所有的货物都标记为 “可能要清理”，然后从仓库的入口（根对象，如全局变量）开始，沿着货物之间的关联关系进行检查。
如果发现某个货物可以从入口到达，就把它标记为 “保留”。经过一轮检查后，那些仍然标记为 “可能要清理” 的货物，就是真正的垃圾，清洁工就会把它们清理掉。

1.3 分代回收：根据货物新旧安排清理频率

仓库里的货物有新有旧，有些货物刚进来没多久就可能会被处理掉，而有些货物则会长期存放在仓库里。

清洁工根据这个特点，把货物分成了三代。

新进入仓库的货物属于第 0 代，清洁工对第 0 代货物的检查频率最高，因为它们很可能很快就会变成垃圾。
经过一次检查后还没被清理掉的货物，就会被移到第 1 代。第 1 代货物的检查频率会相对低一些。
而那些经过多次检查都还没被清理的货物，会被移到第 2 代，第 2 代货物的检查频率最低。

# 这是新进来的第 0 代货物
new_item = [1, 2, 3]
# 经过一段时间，new_item 如果没被清理，可能会进入第 1 代
# 再经过一段时间，如果还没被清理，可能会进入第 2 代

通过这种分代回收的方式，清洁工可以更高效地管理仓库空间，优先处理那些更可能成为垃圾的货物。

总结
Python 的垃圾回收机制就像这位聪明的清洁工，通过引用计数、标记 - 清除算法和分代回收算法，有条不紊地管理着计算机的内存仓库。

2. 特殊方法

在 Python 里，特殊方法（也叫魔术方法）是一类具有特殊名称的方法，它们的名字以双下划线 __ 开头和结尾。这些方法能让你自定义类的行为，使类的使用更符合 Python 的习惯。

特殊方法一般不需要我们手动调用，需要在一些特殊情况下自动执行

2.1 构造和析构方法

• __init__：这是最常用的特殊方法之一，用于在创建对象时进行初始化操作。

class Person:def __init__(self, name, age):self.name = nameself.age = agep = Person("张三", 25)

• __del__：当对象被销毁时会调用这个方法，可用于执行一些清理操作，比如关闭文件、释放资源等。

class Resource:def __init__(self):print("资源已创建")def __del__(self):print("资源已释放")r = Resource()
del r

2.2 字符串表示方法

• __str__：用于返回对象的字符串表示形式，通常供用户阅读。当使用 print 函数打印对象或使用 str() 函数转换对象时会调用该方法。

class Book:def __init__(self, title):self.title = titledef __str__(self):return f"这本书的名字是 {self.title}"book = Book("Python入门")
print(book)

• __repr__：返回对象的 “官方” 字符串表示形式，通常用于调试和开发。当在交互式环境中直接输入对象名或使用 repr() 函数时会调用该方法。

class Point:def __init__(self, x, y):self.x = xself.y = ydef __repr__(self):return f"Point({self.x}, {self.y})"point = Point(1, 2)
print(repr(point))

2.3 比较方法

• __eq__：用于定义对象的相等比较规则，当使用 == 运算符比较两个对象时会调用该方法。

class Student:def __init__(self, id):self.id = iddef __eq__(self, other):return self.id == other.ids1 = Student(1)
s2 = Student(1)
print(s1 == s2)

类似的还有 ne（不等于）、lt（小于）、le（小于等于）、gt（大于）、ge（大于等于）等方法。

2.4 容器相关方法

• __len__：用于返回对象的长度，当使用 len() 函数时会调用该方法。

class MyList:def __init__(self, items):self.items = itemsdef __len__(self):return len(self.items)my_list = MyList([1, 2, 3])
print(len(my_list))

• __getitem__：用于实现通过索引访问对象中的元素，当使用 obj[index] 这种方式访问对象时会调用该方法。

class MyList:def __init__(self, items):self.items = itemsdef __getitem__(self, index):return self.items[index]my_list = MyList([1, 2, 3])
print(my_list[1])

还有 setitem（用于设置元素）、delitem（用于删除元素）等方法。

2.5 可调用对象方法

• __call__：让对象可以像函数一样被调用。

class Adder:def __call__(self, a, b):return a + badder = Adder()
result = adder(3, 5)
print(result)