使用id()结合ctypes修改整数内存时负数转换异常如何解决？

• CPython存在小整数缓存优化机制：为了提升性能，CPython会在解释器启动时预创建[-5, 256]区间内的所有整数对象，作为全局共享的单例存在，整个解释器生命周期内所有用到该区间整数的地方，引用的都是同一个内存地址的对象。你直接通过ctypes修改该区间内整数的内存内容，会直接修改全局共用的实例，导致解释器内部所有依赖这些小整数的逻辑全部异常，最终触发解释器崩溃，你看到的退出码-1073740940就是Windows平台下解释器内部状态损坏触发的异常退出码。
• 修改后得到非预期值-252的原因：你修改了全局的4实例之后，print函数将整数转为字符串、计算输出缓冲区大小等逻辑内部也会用到4这个值，此时拿到的是你修改后的损坏对象，导致转码、计算逻辑全部出错，最终输出了错误的数值。你之前修改3为5能得到正确结果，只是因为修改后的数值暂时没有触发解释器内部逻辑报错，但本质上已经破坏了解释器的全局状态，依然存在崩溃风险。

• 1. 避开小整数缓存区间做测试
     如果要做这类内存修改实验，使用257、-257这类超出[-5,256]区间的整数，这类整数不会被CPython全局缓存，每次创建都是独立的实例，修改单个实例不会影响解释器全局状态，也不会触发崩溃。示例修改后的测试代码：

x = 257
y = -257
print(x)
mutate(x, y)
print(x)

运行后会正常输出257和-257，不会出现异常。

• 2. 优化mutate函数避免破坏对象元数据
     当前的mutate函数会完整复制整个对象的内存，包括引用计数、类型指针这类元数据，很容易触发GC异常。你可以针对int对象只复制存储数值的部分，64位CPython下int对象的头部（引用计数+类型指针）共16字节，32位下为8字节，根据你的平台调整跳过头部即可：

def mutate_int(obj, new_obj):
    if not isinstance(obj, int) or not isinstance(new_obj, int):
        raise TypeError('only support int objects')
    # 64位CPython头部长度为16，32位为8，根据你的平台调整
    header_size = 16
    data_size = sys.getsizeof(obj) - header_size
    mem = (ctypes.c_byte * data_size).from_address(id(obj) + header_size)
    new_mem = (ctypes.c_byte * data_size).from_address(id(new_obj) + header_size)
    for i in range(data_size):
        mem[i] = new_mem[i]

• 3. 非必要场景不要直接修改Python对象的内存
     这类操作属于依赖CPython底层实现的hack，完全不符合Python的语法规范，不同版本、不同平台的CPython实现可能存在差异，生产环境绝对不要使用这类逻辑。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者mhay10