Python不可变字符串机制疑问：nanobind绑定C++内存修改无反应

我目前正在使用nanobind开源库开展项目，想要理解Python如何强制实现字符串不可变性。假设我在C++中进行如下内存分配：

std::string& func(){
  auto ptr = malloc(10);
  auto str = new (ptr) string("abcdefghij", 10);
  return *str;
}

通过nanobind，上述代码会返回一个指向该内存分配的Python字符串引用。现在假设我通过另一个函数获取到ptr（即返回给Python的string的内存地址），并执行如下操作：

memcpy(ptr, "bbb", 3); 

明明修改了Python字符串存储的内存地址内容，为何Python中的字符串本身没有变化？我知道Python字符串是不可变的，但如果是通过引用返回而非拷贝，我不清楚这种不可变性是如何真正被强制执行的。

以下是nanobind的按引用返回策略细节（翻译后）：

为返回的C实例创建一个轻量Python对象包装器，不进行拷贝，但不将所有权转移给Python。即使包装器过期，nanobind也永远不会调用C的delete操作符，C端负责销毁C实例。

原因在于nanobind将C++ std::string暴露给Python时，并不是直接把C++字符串的内存作为Python原生字符串的底层存储——它创建的是一个包装器对象（属于nanobind自定义的类型，不是Python原生的str类型）。

你在Python中看到的"字符串"其实是这个包装器，当你访问它的内容时，nanobind会从C++ std::string中读取数据；但Python的字符串不可变性规则针对的是原生str对象，而这个包装器本身并不受原生str不可变性的约束——但你修改C++内存后Python端没变化，核心原因有两点：

1. 包装器的惰性读取逻辑：nanobind的包装器不会主动监听C内存的变化。只有当你在Python中主动访问包装器的字符串内容时（比如打印、切片、调用str()转换等），它才会去读取C std::string的当前值。如果修改C++内存后没有触发这些读取操作，Python端不会自动更新显示。

2. 原生str的缓存特性：如果包装器曾经被转换为Python原生str对象（比如你打印过一次），这个原生str会因为不可变性被缓存。后续即使C++内存发生改变，你如果访问的是之前生成的原生str，看到的依然是旧值——因为原生str一旦创建就无法修改，包装器不会自动同步更新这个缓存。

另外要明确：Python的字符串不可变性是语言层面的约束——原生str对象一旦创建，Python解释器会阻止你通过Python语法或API修改它的底层内存。但你通过C直接修改内存属于绕过Python解释器的非法操作，这种操作本身就违背了Python的内存模型，而nanobind的包装器只是在两者之间做了一层适配，并没有让C内存直接成为Python原生str的一部分。

如果修改C++内存后，在Python中重新通过包装器访问内容（比如重新打印包装器对象），应该能看到变化；如果没看到，大概率是因为你操作的是之前转换生成的原生str缓存，而非包装器本身。

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