为什么为 Python 函数中引发的异常创建变量名会影响该函数的输入变量的引用计数？

Question

我定义了两个简单的 Python 函数，它们接受一个参数，引发异常，并处理引发的异常。一个函数使用变量引用raising/handling之前的异常，另一个没有：

def refcount_unchanged(x):
    try:
        raise Exception()
    except:
        pass

def refcount_increases(x):
    e = Exception()
    try:
        raise e
    except:
        pass

其中一个结果函数为其输入参数增加了 pythons refcount，另一个则没有：

import sys

a = []
print(sys.getrefcount(a))
for i in range(3):
    refcount_unchanged(a)
    print(sys.getrefcount(a))
# prints: 2, 2, 2, 2

b = []
print(sys.getrefcount(b))
for i in range(3):
    refcount_increases(b)
    print(sys.getrefcount(b))
# prints: 2, 3, 4, 5

谁能解释一下为什么会这样？

Answer 1

好像把题目写出来了helped us realize part of the answer。如果我们在每次调用 refcount_increases 后 garbage-collect，refcount 不再增加。有趣的！我认为这不是我们问题的完整答案，但它肯定具有启发性。欢迎任何进一步的信息。

import gc
c = []
print(sys.getrefcount(c))
for i in range(3):
    refcount_increases(c)
    gc.collect()
    print(sys.getrefcount(c))
# prints: 2, 2, 2, 2

Answer 2

这是 PEP-344 (Python 2.5), and resolved in cases like refcount_unchanged in PEP-3110 中引入的异常实例上 __traceback__ 属性的“异常 -> 回溯 -> 堆栈框架 -> 异常”引用循环的副作用（Python 3.0).

在refcount_increases中，可以通过打印这个来观察引用周期：

except:
    print(e.__traceback__.tb_frame.f_locals)  # {'x': [], 'e': Exception()}

这表明 x 也在框架的局部变量中被引用。

垃圾收集器运行时或调用 gc.collect() 时解决引用循环问题。

在refcount_unchanged中，根据PEP-3110的Semantic Changes，Python 3生成额外的字节码来删除目标，从而消除循环引用：

def refcount_unchanged(x):
    try:
        raise Exception()
    except:
        pass

被翻译成类似的东西：

def refcount_unchanged(x):
    try:
        raise Exception()
    except Exception as e:
        try:
            pass
        finally:
            e = None
            del e

正在解决refcount_increases中的引用循环

虽然没有必要（因为垃圾收集器会完成它的工作），但您可以在 refcount_increases 中通过手动删除变量引用来做类似的事情：

def refcount_increases(x):
    e = Exception()
    try:
        raise e
    except:
        pass
    finally:   # +
        del e  # +

或者，您可以覆盖变量引用并让隐式删除起作用：

def refcount_increases(x):
    e = Exception()
    try:
        raise e
    # except:               # -
    except Exception as e:  # +
        pass

关于引用循环的更多信息

异常e和其他局部变量实际上被e.__traceback__.tb_frame直接引用，大概是在C代码中。

这可以通过打印来观察：

print(sys.getrefcount(b))
print(gc.get_referrers(b)[0])  # <frame at ...>

访问 e.__traceback__.tb_frame.f_locals 会创建缓存在框架上的字典（另一个引用周期）并阻碍上述主动解决方案。

print(sys.getrefcount(b))
print(gc.get_referrers(b)[0])  # {'x': [], 'e': Exception()}

但是，这个引用循环也将由垃圾收集器处理。