Python列表与字符串切片的id()返回值差异及原理问询

以下结论均基于官方CPython解释器实现，其他Python解释器可能存在逻辑差异。

问题1：为何id(a[:]) == id(a[:])的执行结果为True？ #

对列表执行[:]全切片操作会生成一个新的浅拷贝列表对象，理论上两个切片操作应该生成两个不同对象，id应该不同，出现相等的原因是CPython的引用计数内存回收机制：

• 第一个a[:]执行完后生成了临时列表对象，传入id()函数拿到地址后，这个临时对象没有任何变量持有引用，引用计数归零，立刻被回收，对应的内存地址被释放回内存池。
• 第二个a[:]生成新列表对象时，刚好申请到了刚被释放的这块内存地址，所以两次id()返回的地址值相同。

这个结果是内存地址复用的偶然结果，两个临时对象的生命周期没有重叠，并不代表两个切片生成的是同一个对象。

问题2：为何先执行b = a[:]后，id(b) == id(a[:])的结果为False？ #

当你把第一个切片结果赋值给b之后，这个切片生成的列表对象就被变量b持有，引用计数至少为1，不会被内存回收，它占用的内存地址会一直被占用。后续再执行a[:]会生成一个全新的列表对象，需要申请新的内存地址，两个对象生命周期重叠，不可能共用同一个内存地址，所以id比较结果为False。

问题3：若将列表替换为字符串，上述两类比较结果均为True，背后的底层原理是什么？ #

字符串是不可变对象，CPython对不可变序列的操作有专门的优化：

1. 首先对于不可变序列的全切片操作，CPython会直接返回原对象的引用，根本不会生成新对象——因为不可变对象无法被修改，返回自身不会有线程安全或者数据被篡改的风险，同时还能节省内存开销。所以s[:] is s的结果本身就是True，两次取id自然完全相同。
2. 除此之外CPython还有字符串驻留优化，符合规则的字符串会被缓存到全局字符串池里，所有相同内容的字符串都会复用同一个对象实例，哪怕你通过其他方式生成相同内容的字符串，也会直接返回池中的已有对象引用，不会额外创建新对象。

两种优化叠加，不管是连续两次取s[:]的id，还是先赋值给变量再和后续s[:]的id比较，结果都是True。

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