Разница в работе памяти и ссылок в C# и Python?

Question

[wildHunt]

В Питоне насколько я понимаю полностью ссылочная модель. Сама переменная ничего не хранит и это просто ссылка на объект. Соответственно, когда я перезаписываю данные в переменной, то старый объект удаляется если на него больше нет ссылок и наша переменная начинает ссылаться на другой объект:

a = 10
a = 20  # 10 будет удален

Интересно как в С# с этим, особенно различие value и reference типов. Не уверен, но мне кажется, что ситуация с ссылочными типами должна быть примерно идентична с Питоном. Если я делаю так, то переменная просто начинает ссылаться на другой объект, а старый будет удален когда отработает сборщик мусора:

var my_list = new List<int> {1, 3, 5};
my_list = new List<int>{4, 5, 6};  // List<int> {1, 3, 5} будет удален?

Но что происходит, когда я так делаю с value типами? Ссылки тут нет (нет же?) и как я понял, то переменная с value типом хранит сам объект, а не ссылку на объект. Получается, my_number просто перезапишет значение с 10 на 20 и все?

int my_number = 10;
my_number = 20;

Читал про стэк, но ясного понимания пока нет. Как будто выходит так, что когда я пишу int my_number = 10, то в конец стэка попадает число 10. А когда затем пишу my_number = 20, то 10 уходит из стэка (удаляется совсем?) и туда попадает число 20.

Answer 1

[Griboks]

Разница в работе памяти и ссылок в C# и Python?

Зависит от версии языка, конкретной реализации виртуальной машины и операционной системы. С этого момента вопрос превращается в гадание на кофейной гуще. Формально следует открыть спецификацию языка и убедиться, что детали реализации не задокументированы.

ситуация с ссылочными типами должна быть примерно идентична с Питоном

Да, ситуация очень похожа, и в большинстве случаев так и будет работать. Но как я и предупреждал: "The actual lifetime of a local variable is implementation-dependent."

Но что происходит, когда я так делаю с value типами?

В действительности существует 7 категорий переменных, о которых можно прочитать по ссылке.

Ссылки тут нет (нет же?) и как я понял, то переменная с value типом хранит сам объект, а не ссылку на объект.

Значимые типы могут содержать ссылки, поэтому сборщик мусора молчаливо удалит лишь оболочку и любезно предоставит вам утечку памяти, но это очень редкий случай. В большинстве случаев можно сказать, что значимая переменная хранит значение. Причём не просто хранит, а копирует его при присваивании ("Assignment to a variable of a value type creates a copy of the value being assigned. ").

Получается, my_number просто перезапишет значение с 10 на 20 и все?

Хороший вопрос, но в нём есть подвох. Выражение int my_number = 10; ничего никуда не записывает, а инициализирует - создаёт привязку переменной my_number к ячейке памяти с числом 10 на этапе компиляции. В итоге ваш пример записывает новое значение в переменную всего один раз и завершается.

Кроме того, это новое значение вовсе и не значение, а литерал. Встаёт ряд вопросов: "Литералы тоже копируются согласно спецификации, или компилятор умнее?" А если компилятор умный, то почему бы ему не объединить этот код в int my_number = 20; на этапе компиляции? Тут уже не лишним и исходники компилятора + виртуальной машины посмотреть.

Читал про стэк, но ясного понимания пока нет.

Со стеком всё более-менее просто, если не разбираться, какие типы в какой памяти хранятся. Все операции можно разложить в граф, а из графа собрать цепочку простейших операций, которая при обработке LIFO реализует алгоритм. Так вот эта цепочка и называется стеком вызовов. Аналогично существует стек данных.

p.s.
На всякий случай хочу заметить, что в питоне тоже не всё так просто и очевидно. Например:

x = 1; print(id(x))
x = 2; print(id(x))
y = 1; print(id(y))

Comments

[wildHunt]

Спасибо за подробный ответ. Понимаю, что тут полно нюансов.

Answer 2

[Василий Банников]

Да, всё верно.

Comments

[Алан Гибизов]

Где-то я читал, что Python некоторое количество относительно небольших целых чисел (от 0 до 256 включительно) не удалятся после исчезновения ссылок на них. Вроде если попечатать id() то это видно.

[Griboks]

Алан Гибизов, вы абсолютно правы. К сожалению, ссылку я потерял, поэтому вот.

[Василий Банников]

Алан Гибизов, да это так

[Алан Гибизов]

Griboks, спасибо!
Я вот тут натыкал по мотивам:

data = [*range(-1000,1000)]
for n, i in enumerate(data):
    if id(i) == id(n-1000):
        print(i)

Answer 3

[Роман]

Локальные переменные хранятся на стекле, и им выделяется конкретное место. В случае

int my_number = 10;
my_number = 20;

Перезапишется значение на стеке.

Да и нникаких оптимизаций при компиляции в байт код не делается, это делает JIT и то при release сборке. Все ненужные присваивания и неиспользуемые переменные выкидываются.