为何向空列表append元素比直接创建单元素列表占用更多内存？

我尝试理解Python的内存分配机制时发现一个现象：创建两个空列表后，分别用赋值运算符和append方法添加单个元素，最终两者的内存占用出现了明显差异。

测试代码 #

from sys import getsizeof as size

list1 = []
list2 = []

print(f"Memory reserved by list1 before assignment: {size(list1)}")
print(f"Memory reserved by list2 before assignment: {size(list2)}")

list1 = [8]
list2.append(8)

print(f"Memory reserved by list1 after assignment: {size(list1)}")
print(f"Memory reserved by list2 after assignment: {size(list2)}")

输出结果 #

Memory reserved by list1 before assignment: 56
Memory reserved by list2 before assignment: 56
Memory reserved by list1 after assignment: 64
Memory reserved by list2 after assignment: 88

差异原因 #

两种操作的本质完全不同，导致了内存分配的区别：

• 赋值操作（list1 = [8]）：这是直接创建了一个全新的列表对象。这个新列表初始只需要容纳1个元素，因此它的内存占用刚好满足当前需求（64字节 = 空列表基础开销56字节 + 1个元素指针的8字节）。
• append操作（list2.append(8)）：这是在原有空列表对象的基础上添加元素。CPython的列表实现采用了「预分配内存」的优化策略：为了避免每次添加元素都重新分配内存（频繁扩容会降低性能），当首次向空列表添加元素时，它会额外预分配更多的空间（比如能容纳4个元素的空间）。此时list2的总内存开销为56字节（基础开销） + 4个元素指针的32字节 = 88字节，即便它当前只包含1个元素。

如果继续向list2添加元素，比如再append3个元素，你会发现它的内存占用依然是88字节，直到添加第5个元素时，才会再次触发扩容，内存占用才会增加。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user22352079