前言

這篇博客從內(nèi)存布局、對(duì)象存儲(chǔ)、屬性管理三個(gè)核心維度，總結(jié)匯總 Python 的底層內(nèi)存模型和運(yùn)行機(jī)制

一、先編譯，后解釋

Python 既非純編譯型也非純解釋型語言，其運(yùn)行流程可概括為：

源代碼(.py) → 編譯生成字節(jié)碼(.pyc) → Python虛擬機(jī)(PVM)解釋執(zhí)行字節(jié)碼 → 與操作系統(tǒng)交互

• 編譯階段：解釋器將源代碼轉(zhuǎn)為字節(jié)碼（中間代碼），并緩存到__pycache__目錄，重復(fù)運(yùn)行時(shí)直接加載字節(jié)碼提升效率；
• 執(zhí)行階段：Python 虛擬機(jī)（PVM）逐行解釋字節(jié)碼，翻譯成機(jī)器指令執(zhí)行；
• 核心特性：CPython 的 GIL（全局解釋器鎖）限制同一時(shí)刻僅一個(gè)線程執(zhí)行字節(jié)碼，這也是 Python 多線程在 CPU 密集型任務(wù)中效率不高的核心原因。

Python 無 Java 式嚴(yán)格的 “堆、棧、方法區(qū)” 物理劃分，但從開發(fā)者視角可簡化為兩大核心區(qū)域：

二、模塊對(duì)象：.py 文件的 “屬性容器”

當(dāng)我們導(dǎo)入模塊或運(yùn)行.py文件時(shí)，Python 解釋器會(huì)為該文件創(chuàng)建一個(gè)模塊對(duì)象****（module 類型實(shí)例），這是模塊級(jí)內(nèi)容的核心載體。

1. 模塊對(duì)象的核心特性

• 創(chuàng)建時(shí)機(jī)：import模塊或運(yùn)行腳本時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建，創(chuàng)建后緩存到sys.modules（字典，key 為模塊名，value 為模塊對(duì)象的引用地址）；
• 存儲(chǔ)內(nèi)容：模塊的__dict__屬性是其核心，等價(jià)于全局命名空間（globals()返回的就是該字典），包含：
  • 自定義內(nèi)容：全局變量、類、函數(shù)；
  • 內(nèi)置屬性：file（文件路徑）、name（模塊名）等；
• 特殊場(chǎng)景：直接運(yùn)行的腳本會(huì)被命名為__main__模塊，這也是if name == "main"的底層邏輯。

2. __file__指向文件路徑
   __file__并非代碼 “查找” 的結(jié)果，而是解釋器在創(chuàng)建模塊對(duì)象時(shí)，主動(dòng)將文件路徑賦值給模塊對(duì)象的內(nèi)置屬性 —— 它是模塊對(duì)象的 “路徑標(biāo)簽”，而非運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)查找的結(jié)果。

三、包的加載

1. python在加載模塊時(shí)，會(huì)先加載模塊所在的包，當(dāng)包第一次被導(dǎo)入時(shí)，Python 會(huì)執(zhí)行 __init__.py 中的所有代碼，可以在這里做初始化操作（比如加載配置、初始化常量、檢查依賴等）
2. 當(dāng)我們執(zhí)行 import my_package 或 from my_package import utils 時(shí)，Python 會(huì)按以下步驟把包 / 模塊加載成模塊對(duì)象（Module Object）
   • 查找模塊 / 包的路徑，從sys.path中查找包
   • 執(zhí)行其中的 __init__.py 代碼，將該包內(nèi)的__init__.py模塊（python文件）構(gòu)建模塊對(duì)象，把 __init__.py 中定義的變量、導(dǎo)入的對(duì)象作為__init__.py模塊對(duì)象的屬性（__dict__字典中）

三、類對(duì)象與實(shí)例對(duì)象：屬性的分層存儲(chǔ)

類和實(shí)例對(duì)象是 Python 面向?qū)ο蟮暮诵?，二者的屬性存?chǔ)遵循 “分層管理” 原則，核心載體仍是__dict__字典（堆區(qū)存儲(chǔ)）。

1. 類對(duì)象：方法與類屬性的 “倉庫”

• 存儲(chǔ)邏輯：類對(duì)象（如class Person:定義的Person）作為模塊對(duì)象的屬性存在，其__dict__存儲(chǔ)：
  • 類屬性（如species = “Human”）；
  • 方法（本質(zhì)是函數(shù)對(duì)象，如say_hello）；
• 繼承特性：類屬性查找會(huì)逐層向上遍歷父類的__dict__（如Person繼承object，會(huì)查找object.dict）。

2. 實(shí)例對(duì)象：獨(dú)有屬性的 “專屬空間”
   • 存儲(chǔ)邏輯：實(shí)例（如p = Person()）存在堆區(qū)，每個(gè)實(shí)例有獨(dú)立的__dict__，僅存儲(chǔ)實(shí)例獨(dú)有屬性（如self.name）；
   • 屬性查找優(yōu)先級(jí)：實(shí)例訪問屬性時(shí)，先查自身__dict__ → 查類對(duì)象__dict__ → 查父類__dict__ → 拋出AttributeError；

• sys.module 是堆區(qū)的一塊緩沖區(qū)，是個(gè)字典，存儲(chǔ)所有module對(duì)象，key是模塊名、value是module對(duì)象的引用地址
• 每一個(gè)module對(duì)象也是通過__dict__ 字典存儲(chǔ)著該模塊的所有全局變量、類對(duì)象、實(shí)例對(duì)象，key: 屬性名（類名、對(duì)象名、方法名），value：類、對(duì)象、方法的引用地址
• sys.modules 本身是堆區(qū)的字典對(duì)象，地址固定；類對(duì)象、實(shí)例對(duì)象、模塊對(duì)象的__dict__也是通過起始地址的固定偏移量計(jì)算出來的。
• 編譯完模塊文件后，先在堆區(qū)分配地址，創(chuàng)建存儲(chǔ)當(dāng)前模塊的模塊對(duì)象，初始化其核心屬性（dict, file,name），然后將創(chuàng)建的當(dāng)前模塊對(duì)象地址存儲(chǔ)到 sys.module 字典緩沖區(qū)中，然后解釋器會(huì)將當(dāng)前模塊地址存儲(chǔ)到一個(gè)全局的 “模塊上下文” （模塊執(zhí)行幀，非棧幀），這個(gè)模塊上下文會(huì)貫穿程序執(zhí)行的始終，程序會(huì)實(shí)時(shí)從這個(gè)模塊執(zhí)行幀中拿到最近的模塊對(duì)象地址。

四、Python 內(nèi)存管理的核心原則

1. 引用為王：Python 中所有變量賦值、屬性存儲(chǔ)都是 “引用傳遞”（存地址），而非 “值傳遞”（存數(shù)據(jù)）；
2. 垃圾回收：堆區(qū)對(duì)象的生命周期由 “引用計(jì)數(shù)” 主導(dǎo)（計(jì)數(shù)為 0 則回收），分代回收補(bǔ)充處理循環(huán)引用；
3. 分層查找：屬性訪問遵循 “實(shí)例→類→父類” 的優(yōu)先級(jí)，模塊對(duì)象的__dict__是全局命名空間的核心；
4. 緩存優(yōu)化：小整數(shù)（-5~256）、短字符串等常駐 “只讀數(shù)據(jù)區(qū)”（堆區(qū)子集），全局共享避免重復(fù)創(chuàng)建。

五、總結(jié)

Python 的內(nèi)存模型可概括為 “兩區(qū)域、三對(duì)象、一核心”：

• 兩區(qū)域：棧幀區(qū)存引用，堆區(qū)存所有對(duì)象；
• 三對(duì)象：模塊對(duì)象管理文件級(jí)內(nèi)容，類對(duì)象管理方法和類屬性，實(shí)例對(duì)象管理獨(dú)有屬性；
• 一核心：所有對(duì)象的屬性都基于__dict__字典（或優(yōu)化數(shù)組）存儲(chǔ)，核心邏輯是 “引用 + 分層查找”。

到此這篇關(guān)于Python的底層內(nèi)存模型之模塊、類、對(duì)象的存儲(chǔ)與運(yùn)行機(jī)制的文章就介紹到這了,更多相關(guān)python內(nèi)存模型存儲(chǔ)與運(yùn)行機(jī)制內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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