Python中不同整数id为何相同？id函数是否返回真实内存地址？

问题描述 #

我用ctypes写了一个获取指定内存地址对应Python对象的函数：

import ctypes

def object_at_addr(obj_addr):
    try:
        val = ctypes.cast(obj_addr, ctypes.py_object).value
    except:
        return None
    return val

我原本认为id()返回的是对象的内存地址，但在终端实验中发现了奇怪的现象：

>>> id(0) # num1
4343595216
>>> id(4343595216) # num2
4344636112
>>> id(4344636112) # num3
4344636112 

不同整数的id居然相同，而且调用object_at_addr(4344636112)返回了另一个整数4411205344。想知道为什么不同整数id会相同？id()函数是否对所有对象都返回内存地址，还是内置对象有特殊处理？

解答 #

1. CPython中id()的本质
   在CPython解释器中，id(obj)确实返回对象在内存中的地址，不存在针对内置对象的特殊例外规则。

2. 大整数id重复的原因
   Python会对-5到256之间的小整数做全局缓存（小整数池），这些整数的对象会被复用，所以id固定。但超出这个范围的大整数，Python会临时创建对象，一旦对象没有被任何变量引用，就会被垃圾回收机制立即释放内存。
   你实验中两次id(4344636112)返回相同值，是因为第一次创建的4344636112对象在id()调用结束后没有被引用，内存被释放；第二次创建相同值的整数时，Python复用了之前释放的内存地址，导致两次id相同。

3. object_at_addr返回异常值的原因
   当你执行id(4344636112)后，这个临时整数对象已经被回收，对应的内存地址被重新分配给了其他对象（也就是你看到的4411205344）。此时用ctypes访问该地址，自然会得到新的对象。
   如果要验证函数正确性，可以先把整数赋值给变量，让对象持有引用避免被回收：

a = 4344636112
addr = id(a)
print(object_at_addr(addr))  # 此时会正确返回4344636112

内容的提问来源于stack exchange，提问作者succulentz