为什么为 Python 函数中引发的异常创建变量名会影响该函数的输入变量的引用计数？

Question

我定义了两个简单的 Python 函数，它们接受单个参数、引发异常并处理引发的异常。一个函数在引发/处理之前使用变量来引用异常，另一个函数则不然：

def refcount_unchanged(x):
    try:
        raise Exception()
    except:
        pass

def refcount_increases(x):
    e = Exception()
    try:
        raise e
    except:
        pass

其中一个函数会为其输入参数增加 pythons refcount，而另一个则不会：

import sys

a = []
print(sys.getrefcount(a))
for i in range(3):
    refcount_unchanged(a)
    print(sys.getrefcount(a))
# prints: 2, 2, 2, 2

b = []
print(sys.getrefcount(b))
for i in range(3):
    refcount_increases(b)
    print(sys.getrefcount(b))
# prints: 2, 3, 4, 5

任何人都可以解释一下 为什么会发生这种情况？

Answer 1

这是 PEP-344 (Python 2.5)，并在以下情况下解决PEP-3110 中的 refcount_unchanged (Python 3.0 ）。

在refcount_increases中，可以通过打印以下内容来观察引用循环：

except:
    print(e.__traceback__.tb_frame.f_locals)  # {'x': [], 'e': Exception()}

这表明x也在帧的局部变量中被引用。

当垃圾收集器运行或调用 gc.collect() 时，引用循环就会被解决。

在 refcount_unchanged 中，根据 PEP-3110 的 语义变化，Python 3 生成额外的字节码来删除目标，从而消除引用循环：

def refcount_unchanged(x):
    try:
        raise Exception()
    except:
        pass

被翻译为类似：

def refcount_unchanged(x):
    try:
        raise Exception()
    except Exception as e:
        try:
            pass
        finally:
            e = None
            del e

解决引用循环refcount_increases

虽然没有必要（因为垃圾收集器将完成其工作），但您可以通过手动删除变量引用来在 refcount_increases 中执行类似的操作：

def refcount_increases(x):
    e = Exception()
    try:
        raise e
    except:
        pass
    finally:   # +
        del e  # +

或者，您可以覆盖变量引用并让隐式删除起作用：

def refcount_increases(x):
    e = Exception()
    try:
        raise e
    # except:               # -
    except Exception as e:  # +
        pass

关于引用循环的更多信息

异常e和其他局部变量实际上是由e.__traceback__.tb_frame直接引用的，大概是在C中 代码。

这可以通过打印以下

print(sys.getrefcount(b))
print(gc.get_referrers(b)[0])  # <frame at ...>

内容来观察：访问 e.__traceback__.tb_frame.f_locals 创建一个缓存在帧上的字典（另一个引用周期）并阻止上面的主动解决方案。

print(sys.getrefcount(b))
print(gc.get_referrers(b)[0])  # {'x': [], 'e': Exception()}

然而，这个引用周期也将由垃圾收集器处理。

Answer 2

看来写出这个问题帮助我们实现了部分答案。如果我们在每次调用refcount_increases后进行垃圾收集，则引用计数不再增加。有趣的！我认为这不是我们问题的完整答案，但它确实具有启发性。欢迎任何进一步的信息。

import gc
c = []
print(sys.getrefcount(c))
for i in range(3):
    refcount_increases(c)
    gc.collect()
    print(sys.getrefcount(c))
# prints: 2, 2, 2, 2