『Python』为什么调用函数会令引用计数+2

一、问题描述

Python中的垃圾回收是以引用计数为主，分代收集为辅，引用计数的缺陷是循环引用的问题。在Python中，如果一个对象的引用数为0，Python虚拟机就会回收这个对象的内存。

sys.getrefcount(a)可以查看a对象的引用计数，但是比正常计数大1，因为调用函数的时候传入a，这会让a的引用计数+1

导致引用计数+1的情况：

1. 对象被创建，例如a=23
2. 对象被引用，例如b=a
3. 对象被作为参数，传入到一个函数中，例如func(a)
4. 对象作为一个元素，存储在容器中，例如list1=[a,a]

导致引用计数-1的情况：

1. 对象的别名被显式销毁，例如del a
2. 对象的别名被赋予新的对象，例如a=24
3. 一个对象离开它的作用域，例如f函数执行完毕时，func函数中的局部变量（全局变量不会）
4. 对象所在的容器被销毁，或从容器中删除对象

在网上看到一段有意思的例子：

import sys

def func(c):
    print ('in func function', sys.getrefcount(c) - 1)
    print (id(func.__globals__['a']))

print ('init', sys.getrefcount(11) - 1)
a = 11
# print (id(a))
print ('after a=11', sys.getrefcount(11) - 1)
b = a
print ('after b=a', sys.getrefcount(11) - 1)
func(11)
print ('after func(a)', sys.getrefcount(11) - 1)
list1 = [a, 12, 14]
print ('after list1=[a,12,14]', sys.getrefcount(11) - 1)
a=12
print ('after a=12', sys.getrefcount(11) - 1)
del a
print ('after del a', sys.getrefcount(11) - 1)
del b
print ('after del b', sys.getrefcount(11) - 1)
# list1.pop(0)
# print 'after pop list1',sys.getrefcount(11)-1
del list1
print ('after del list1', sys.getrefcount(11) - 1)

输出的init不一定一致，作为计数基础即可（小数int 在python中会默认维护，因为python很多内置量都是小数int，即计数不可能为0），输出中有一点比较奇怪：在传入函数中后计数增加为2，而非设想的1，这是为什么？

init 153
after a=11 154
after b=a 155
in func function 157
after func(a) 155
after list1=[a,12,14] 158
after a=12 155
after del a 155
after del b 154
after del list1 153

我们对函数进行修改：

def func(c):
    print ('in func function', sys.getrefcount(c) - 1)
    # print (id(func.__globals__['a']))
    for attr in dir(func):
        print (attr, getattr(func, attr))

替换掉之前的函数，运行之可以发现func.__globals__属性中记录了全局变量键值对 {'a': 11} 这样（以及其他信息），这就是额外的计数来历：局部变量和全局变量的值是相同的，这导致计数+2。

我们知道，函数也是对象，即使不在函数体内我们也可以调用函数的属性、方法，我们把下面一句从函数体中拿出来单独运行，就发现，由于脱离了函数作用域，函数的__globals__属性中对于全局变量的记载（'a'、'b'）都不见了，这可以理解，脱离了作用域，局部变量和全局变量都失去了意义（两者都是针对某个作用域的概念）。

for attr in dir(func):
    print (attr, getattr(func, attr))

测试发现__globals__中记录的{'a': 11}和函数体外的变量 a 是同一个对象（id相同），且在外面增加 b 的时候引用计数差值并没有增加，所以这个解释是不对的，实际上另一个引用是函数栈保存了入参对形参的引用（知乎找到的解释）。

二、代码分析

看到了知乎的解释，我决定自行验证一下，测试代码如下：

import sys

def func(c):
    print ('in func function', sys.getrefcount(c)-1)

print ('init', sys.getrefcount(11) - 1)
func(11)
print ('init', sys.getrefcount(11) - 1)

init 106
in func function 108
init 106

进一步分析一下：

from dis import dis 

order = \
"""
def func(c):
    print ('in func function', sys.getrefcount(c)-1)

print ('init', sys.getrefcount(11) - 1)
func(11)
print ('init', sys.getrefcount(11) - 1)
"""

dis(order)

返回值如下，

  2           0 LOAD_CONST               0 (<code object func at 0x0000029849AD5D20, file "<dis>", line 2>)
              2 LOAD_CONST               1 ('func')
              4 MAKE_FUNCTION            0
              6 STORE_NAME               0 (func)

  5           8 LOAD_NAME                1 (print)
             10 LOAD_CONST               2 ('init')
             12 LOAD_NAME                2 (sys)
             14 LOAD_ATTR                3 (getrefcount)
             16 LOAD_CONST               3 (11)
             18 CALL_FUNCTION            1
             20 LOAD_CONST               4 (1)
             22 BINARY_SUBTRACT
             24 CALL_FUNCTION            2
             26 POP_TOP

  6          28 LOAD_NAME                0 (func)
             30 LOAD_CONST               3 (11)
             32 CALL_FUNCTION            1
             34 POP_TOP

  7          36 LOAD_NAME                1 (print)
             38 LOAD_CONST               2 ('init')
             40 LOAD_NAME                2 (sys)
             42 LOAD_ATTR                3 (getrefcount)
             44 LOAD_CONST               3 (11)
             46 CALL_FUNCTION            1
             48 LOAD_CONST               4 (1)
             50 BINARY_SUBTRACT
             52 CALL_FUNCTION            2
             54 POP_TOP
             56 LOAD_CONST               5 (None)
             58 RETURN_VALUE

着重看6：

  6          28 LOAD_NAME                0 (func)
             30 LOAD_CONST               3 (11)
             32 CALL_FUNCTION            1
             34 POP_TOP

这里将函数 func 和常量11压入了函数栈，会导致引用计数 +1。

我们再看下面代码：

dis(func)

返回的是 func 函数内部操作：

  4           0 LOAD_GLOBAL              0 (print)
              2 LOAD_CONST               1 ('in func function')
              4 LOAD_GLOBAL              1 (sys)
              6 LOAD_ATTR                2 (getrefcount)
              8 LOAD_FAST                0 (c)
             10 CALL_FUNCTION            1
             12 LOAD_CONST               2 (1)
             14 BINARY_SUBTRACT
             16 CALL_FUNCTION            2
             18 POP_TOP
             20 LOAD_CONST               0 (None)
             22 RETURN_VALUE

这里会读取变量 c（偏移量8的操作码），最终导致了增加计数为 2。