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大象无形 大音希声 《Python 源码剖析》 Python 源码剖析 ——Python 的内存管理机制 本文作者: Robert Chen(search.pythoner@) 内存管理，对于 Python 这样的动态语言，是至关重要的一部分，它在很大程度上甚至决 定了 Python 的执行效率，因为在 Python 的运行中，会创建和销毁大量的对象，这些都涉及到 内存的管理。另一方面，和 Java、C#这些编程语言一样，Python 提供了对内存的垃圾收集 （GC）机制，将开发者从繁琐的手动维护内存的工作中解放出来，Python 中的 GC 机制又是 如何实现的呢？在这一章中，我们将来细致地剖析 Python 内部所采用的内存管理机制。 1 内存管理架构 在剖析 Python 的内存管理架构之前，有一点需要说明。Python 中所有的内存管理机制都有 两套实现，这两套实现由编译符号 PYMALLOC_DEBUG 控制，当该符号被定义时，使用的是 debug 模式下的内存管理机制，这套机制在正常的内存管理动作之外，还会记录许多关于内存 的信息，以方便 Python 在开发时进行调试；而该符号未被定义时，Python 的内存管理机制只 进行正常的内存管理动作。在本章中，我们将关注的焦点只放在非 debug 模式下的内存管理机 制上。 在 Python 中，内存管理机制被抽象成一种层次似的结果，如图 1 所示。 /lemur/ 2005-10-101 大象无形 大音希声 《Python 源码剖析》 图 1 Python 内存管理机制的层次结构 在最底层（第 0 层），是操作系统提供的内存管理接口，比如 C 运行时所提供的 malloc 和 free 接口。这一层是由操作系统实现并管理的，Python 不能干涉这一层的行为。从这一层往上， 剩余的三层都是由 Python 实现并维护。 第一层是 Python 基于第 0 层操作系统的内存管理接口包装而成的，这一层并没有在第 0 层 上加入太多的动作，其目的仅仅是为 Python 提供一层统一的 raw memory 的管理接口。Python 是用 C 实现的，为什么还需要在 C 所提供的内存管理接口之上再提供一层并不太多实际意义 的包装层呢？这是因为虽然不同的操作系统都提供了 ANSI C 标准所定义的内存管理接口，但 是，对于某些特殊的情况不同操作系统有不同的行为。比如调用 malloc(0)，有的操作系统会返 回 NULL，表示内存申请失败；然而有的操作系统会返回一个貌似正常的指针，但是这个指 针所指的内存并不是有效的。为了最广泛的可移植性，Python 必须保证相同的语义一定代表着 相同的运行时行为，为了处理这些与平台相关的内存分配行为，Python 必须 要在 C 的内存分 配接口之上再提供一层包装。 在 Python 中，第一层的实现就是一组以 PyMem_为前缀的函数族，下面我们来看一看这第 一层内存管理机制： [pymem.h] PyAPI_FUNC(void *) PyMem_Malloc(size_t); PyAPI_FUNC(void *) PyMem_Realloc(void *, size_t); /lemur/ 2005-10-102 大象无形 大音希声 《Python 源码剖析》 PyAPI_FUNC(void) PyMem_Free(void *); [object.c] void* PyMem_Malloc(size_t nbytes) { return PyMem_MALLOC(nbytes); } void* PyMem_Realloc(void *p, size_t nbytes) { return PyMem_REALLOC(p, nbytes); } void PyMem_Free(void *p) { PyMem_FREE(p); } 我们看到，在第一层，Python