Python - 弱引用

大家好，有志於成為程式設計師的你！今天，我們將深入Python中的弱引用的迷人世界。如果你是編程新手也別擔心——我會一步步引導你了解這個概念，就像我這些年教學中以來對無數學生的所做的指導一樣。那麼，讓我們一起踏上這個激動人心的旅程吧！

什麼是弱引用？

在我們深入細節之前，先來了解弱引用是什麼。想像一下你在一個派對上，遇到了一個新朋友。你可能會記住他的臉，但未必記得住他的名字。这在Python中就類似於弱引用！

在編程術語中，弱引用允許你引用一個物件，而不增加其引用計數。这意味着即使还有弱引用指向該物件，它也可以被垃圾回收（由Python清理）。

讓我們看一個簡單的例子：

import weakref

class Party:
def __init__(self, name):
self.name = name

# 創建一個Party物件
awesome_party = Party("Python程式設計師的派對")

# 創建一個指向派對的弱引用
weak_party = weakref.ref(awesome_party)

# 通過弱引用訪問物件
print(weak_party().name)  # 輸出: Python程式設計師的派對

# 刪除原始物件
del awesome_party

# 再次嘗試訪問物件
print(weak_party())  # 輸出: None

在這個例子中，我們創建了一個Party物件以及一個指向它的弱引用。我們可以通過弱引用訪問物件，但當我們刪除原始物件時，弱引用會返回None。

回調函數

現在，讓我們通過回調函數為我們的弱引用添加一點魔法。這些就像小助手一樣，當一個物件即將被垃圾回收時會立即採取行動。

import weakref

def party_over(reference):
print("派對結束了！是時候清理了。")

class Party:
def __init__(self, name):
self.name = name

awesome_party = Party("Python編碼者的狂歡節")
weak_party = weakref.ref(awesome_party, party_over)

del awesome_party
# 輸出: 派對結束了！是時候清理了。

在這裡，當awesome_party物件即將被垃圾回收時，我們的party_over函數會被調用。這就像有一個負責任的朋友在派對結束後提醒你整理一樣！

物件的最終處理

有時，我們希望在物件被垃圾回收之前執行某些操作。這時候最終處理器就派上用場了。它們就像物件告別前的最後一搏。

import weakref

class Party:
def __init__(self, name):
self.name = name

def __del__(self):
print(f"清理{self.name}之後")

awesome_party = Party("Python野餐")
weak_party = weakref.ref(awesome_party)

del awesome_party
# 輸出: 清理Python野餐之後

在這個例子中，__del__方法作為最終處理器，當物件即將被垃圾回收時會打印一條消息。

WeakKeyDictionary

現在，讓我們來談談一種特殊的字典——WeakKeyDictionary。它就像一個普通的字典，但有一個轉折：鍵是弱引用！

import weakref

class Attendee:
def __init__(self, name):
self.name = name

party_roles = weakref.WeakKeyDictionary()

alice = Attendee("Alice")
bob = Attendee("Bob")

party_roles[alice] = "DJ"
party_roles[bob] = "舞者"

print(party_roles[alice])  # 輸出: DJ
print(party_roles[bob])    # 輸出: 舞者

del alice
print(list(party_roles.keys()))  # 輸出: [<__main__.Attendee object at ...>]

在這個例子中，當我們刪除alice時，她在party_roles字典中的條目會自動被移除。這就像她沒有告訴任何人就離開了派對一樣！

WeakValueDictionary

最後但同樣重要的是，讓我們來認識一下WeakValueDictionary。這次，是值而不是鍵成為了弱引用。

import weakref

class Party:
def __init__(self, name):
self.name = name

scheduled_parties = weakref.WeakValueDictionary()

summer_bash = Party("夏日狂歡")
winter_gala = Party("冬日盛會")

scheduled_parties["六月"] = summer_bash
scheduled_parties["十二月"] = winter_gala

print(scheduled_parties["六月"].name)  # 輸出: 夏日狂歡

del summer_bash
print(list(scheduled_parties.keys()))  # 輸出: ['十二月']

在這裡，當我們刪除summer_bash時，其在scheduled_parties字典中的條目會自動消失。這就像派對被取消了一樣，而沒有人更新日程！

總結

好了，各位！我們已經走過了Python中的弱引用之地。從基本的弱引用到回調函數、最終處理器和弱字典，你現在已經對這個強大的概念有了堅實的基礎。

請記住，弱引用就像有禮貌的派對嘉賓——他們不會過度逗留，知道何時該離開。它們對於有效地管理內存並避免循環引用非常有用。

當你繼續你的Python冒險時，請記住這些概念。它們可能在你最意想不到的時候派上用場！

方法/類別	描述
weakref.ref()	創建一個物件的弱引用
weakref.proxy()	創建一個弱引用的代理
weakref.getweakrefcount()	返回物件弱引用的數量
weakref.getweakrefs()	返回指向物件的所有弱引用的列表
weakref.WeakKeyDictionary()	創建一個鍵為弱引用的字典
weakref.WeakValueDictionary()	創建一個值为弱引用的字典
weakref.finalize()	註冊一個最終函數，當物件被垃圾回收時被調用

編程愉快，願你的Python旅程充滿驚人的發現！

Credits: Image by storyset