Wie implementiert Python sein Listenobjekt, einschließlich Speicherverwaltung und Größenänderung?

Implementierungsdetails des Listenobjekts von Python

Die Programmiersprache Python implementiert ihre Listen als überlasteten Vektor von Zeigern auf Objektreferenzen. Im Gegensatz zu einer verknüpften Liste ist die Liste von Python ein kontinuierliches Array im Speicher.

Um dies besser zu verstehen, schauen wir uns den Python-Quellcode an:

typedef struct {
    PyObject_HEAD
    Py_ssize_t ob_size;
    PyObject **ob_item;
    Py_ssize_t allocated;
} PyListObject;

Hier ist ob_item ein Vektor von Zeigern auf Objektverweise, die die Elemente der Liste darstellen. ob_size gibt die Anzahl der aktuell in der Liste gespeicherten Elemente an, während „available“ die aktuelle Kapazität des Vektors darstellt.

Pythons Listenimplementierung verwendet eine Strategie der inkrementellen Größenänderung. Wenn die Liste ihre Kapazität erreicht, ordnet der Code in listobject.c den Vektor neu zu, um mehr Elemente aufzunehmen. Diese Neuzuweisung erfolgt nicht durch Verdoppelung der Größe, sondern durch Vergrößerung gemäß der folgenden Formel:

new_allocated = (newsize >> 3) + (newsize < 9 ? 3 : 6);
new_allocated += newsize;

wobei newsize die angeforderte Größe ist. Diese Formel gleicht den Bedarf an Effizienz mit der Möglichkeit einer Speicherfragmentierung aus.

Es ist erwähnenswert, dass sich diese Implementierung von einem echten dynamischen Array dadurch unterscheidet, dass sie nicht kleiner wird, wenn Elemente aus der Liste entfernt werden. Daher können Listen in Python leere Slots enthalten, was Auswirkungen auf die Leistung und die Speichernutzung haben kann.

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