'is' 运算符对浮点数的行为异常

Question

我在对模块进行单元测试时遇到了一个令人困惑的问题。该模块实际上是在转换值，我想比较这些值。

与== 和is 相比存在差异（部分，我要注意差异）

>>> 0.0 is 0.0
True   # as expected
>>> float(0.0) is 0.0
True   # as expected

到目前为止，正如预期的那样，但这是我的“问题”：

>>> float(0) is 0.0
False
>>> float(0) is float(0)
False

为什么？至少最后一个让我很困惑。 float(0) 和 float(0.0) 的内部表示应该相等。与== 的比较按预期工作。

Answer 1

这与is 的工作方式有关。它检查引用而不是值。如果任一参数分配给同一个对象，则返回 True。

在这种情况下，它们是不同的实例； float(0) 和 float(0) 具有相同的值 ==，但就 Python 而言是不同的实体。 CPython 实现还将整数缓存为该范围内的单例对象 -> [x | x ∈ ℤ ∧ -5 ≤ x ≤ 256 ]:

>>> 0.0 is 0.0
True
>>> float(0) is float(0)  # Not the same reference, unique instances.
False

在这个例子中我们可以演示整数缓存原理：

>>> a = 256
>>> b = 256
>>> a is b
True
>>> a = 257
>>> b = 257
>>> a is b
False

现在，如果将浮点数传递给float()，则简单地返回浮点字面量（短路），就像使用相同的引用一样，因为不需要实例化新的浮点数从现有的浮点数：

>>> 0.0 is 0.0
True
>>> float(0.0) is float(0.0)
True

这也可以通过使用int() 来进一步证明：

>>> int(256.0) is int(256.0)  # Same reference, cached.
True
>>> int(257.0) is int(257.0)  # Different references are returned, not cached.
False
>>> 257 is 257  # Same reference.
True
>>> 257.0 is 257.0  # Same reference. As @Martijn Pieters pointed out.
True

但是，is 的结果也取决于它正在执行的范围（超出此问题/解释的范围），请参考用户：@@ 987654321@ 对code objects 的精彩解释。甚至 python 的文档也包含有关此行​​为的部分：

• 5.9 Comparisons

[7] 由于自动垃圾收集、空闲列表和描述符的动态特性，您可能会注意到 is 运算符的某些使用中看似不寻常的行为，例如涉及实例方法或常量之间比较的那些。查看他们的文档以获取更多信息。

Answer 2

如果将float 对象提供给float()，CPython* 只会返回它而不创建新对象。

这可以在PyNumber_Float（最终从float_new调用）中看到，其中传入的对象o用PyFloat_CheckExact检查；如果True，它只是增加它的引用计数并返回它：

if (PyFloat_CheckExact(o)) {
    Py_INCREF(o);
    return o;
}

因此，对象的id 保持不变。所以表达式

>>> float(0.0) is float(0.0) 

归结为：

>>> 0.0 is 0.0

但为什么等于True？好吧，CPython 有一些小 优化。

在这种情况下，它对命令中出现的两次0.0 使用相同的对象，因为它们是the same code object 的一部分（简短的免责声明：它们在同一逻辑行上）；所以is 测试会成功。

如果您在单独的行中执行float(0.0)（或由; 分隔）并然后检查身份，则可以进一步证实这一点：

a = float(0.0); b = float(0.0) # Python compiles these separately
a is b # False 

另一方面，如果提供了int（或str），CPython 将从它创建一个新float 对象并返回它。为此，它分别使用PyFloat_FromDouble 和PyFloat_FromString。

效果是返回的对象在ids 不同（以前用is检查身份）：

# Python uses the same object representing 0 to the calls to float
# but float returns new float objects when supplied with ints
# Thereby, the result will be False
float(0) is float(0) 

---

^{*注意： 前面提到的所有行为都适用于C 中的python 实现，即CPython。其他实现可能会表现出不同的行为。简而言之，不要依赖它。}