Python中是否有类似C语言中的堆和堆栈概念?

CPython 是由 C 语言开发的。请问几个关于 Python 内存的问题。

1 ) Python 有 C 程序中的堆或堆栈的概念吗?

2 )将参数传给函数,调用函数的时候,参数是像 C 语言一样,压入堆栈吗?

3 )如果有堆和堆栈的概念,Python 的垃圾回收,对于堆和堆栈,是一样的吗?

谢谢。
Python中是否有类似C语言中的堆和堆栈概念?

6 回复

堆栈是操作系统中进程的概念, 和语言实现无关


在Python里,确实有类似的概念,但实现方式和抽象层级跟C语言完全不同。

核心区别: C语言中的堆和栈是操作系统提供的内存管理机制,程序员需要手动管理(如malloc/free)。而Python中,这些细节被解释器和内存管理器完全封装了。

Python中的对应物:

  1. 栈(Stack)

    • 对应:Python解释器自身的调用栈(Call Stack),用于管理函数调用、局部变量和返回地址。每个线程都有自己的调用栈。
    • 你如何接触它:你无法直接操作它。函数调用、局部变量(在函数内部定义的变量)的生存期就是由它自动管理的。函数返回时,其栈帧(包含局部变量)就被自动销毁。
  2. 堆(Heap)

    • 对应:Python对象所在的内存区域。几乎所有你在Python中创建的对象(如列表、字典、类实例、甚至整数和字符串在一定条件下)都存储在堆上
    • 你如何接触它:通过变量(名字)。变量本身可以看作是一个指向堆中对象的引用(指针),这个引用存储在栈(对于局部变量)或其他地方。对象的生命周期由引用计数垃圾回收器(GC) 自动管理,你不需要手动释放内存。

一个简单的代码示例来展示这个关系:

def create_list():
    # my_list 这个变量名(引用)存在于栈帧中
    # 而实际的列表对象 [1, 2, 3] 则分配在堆上
    my_list = [1, 2, 3]
    print(f"函数内: my_list 的 id (对象内存地址): {id(my_list)}")
    return my_list # 返回的是指向堆中对象的引用

# 调用函数
stack_reference = create_list()
# stack_reference 是主程序栈帧中的一个变量,它现在持有从函数返回的引用,指向堆中那个列表
print(f"函数外: 通过引用找到的对象 id: {id(stack_reference)}")
print(f"对象内容: {stack_reference}")

输出会是这样的:

函数内: my_list 的 id (对象内存地址): 140234576000000 (一个示例地址)
函数外: 通过引用找到的对象 id: 140234576000000 (同一个地址)
对象内容: [1, 2, 3]

这个id(通常是对象内存地址的整数表示)证明了函数内外操作的是堆上的同一个对象。

总结一下:

  • :管函数调用和局部变量名,自动、快速。
  • :管所有Python对象,通过自动垃圾回收来管理内存。
  • 关键:在Python中,你操作的是对象的引用,而不是直接操作内存块。a = b 赋值的是引用,而不是复制整个对象。

所以,答案是有对应的概念,但Python帮你处理了所有麻烦的手动内存管理

一句话建议: 在Python中,理解“变量是对象的引用”比纠结于底层堆栈细节更重要。

Python 虚拟机是使用 stack 来做函数调用的,至于有没有 堆 就不清楚了

python 虚拟机是栈式虚拟机,但这里的栈只是单纯是数据结构而已,和 c 中的堆栈不一样。

python 也会压参数进虚拟机的栈。具体自己使用 dis 模块看一下

因为没有类似 c 的堆栈概念,所以第三个问题不成立

#2
#4

其实 c 是栈分配局部变量,函数执行结束,变量就消失了,要函数结束变量还在,那么只能通过 malloc 在堆上分配变量

python 函数执行过程是类似的,每个函数执行分配一个栈帧,当前栈帧关联这上一个函数的栈帧,整个调用链就出来了,而 python 所有的变量分配使用的都是堆内存,函数运行是通过名称加载把名称引用的变量加载到栈帧里,之后就可以执行指令完成计算了,指令计算的结果也返回在栈帧里,再通过名称加载把变量关联到名称上

某种意义上来看这也是 python 性能不高的问题之一吧

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