Tìm Hiểu Về Chuỗi và Bộ Nhớ trong Python

Khi bạn đã quen thuộc với Python, bạn có thể dễ dàng thao tác với chuỗi, sử dụng .format() và thậm chí là f-string. Nhưng bạn đã bao giờ dừng lại để nghĩ về những gì đang xảy ra sau cánh gà khi bạn viết name = "Alice" chưa?

Hiểu biết về bộ nhớ sẽ giúp bạn trở thành một lập trình viên tốt hơn. Nó giúp giải thích những hành vi "kỳ lạ" và khiến bạn suy nghĩ một cách nghiêm túc hơn về mã nguồn của mình. Hãy cùng phân tích.

1. Biến là Nhãn, Không Phải Hộp

Khái niệm quan trọng nhất ở đây là biến không phải là một hộp chứa dữ liệu.

my_name = "Alice"
# Tưởng tượng: [ my_name ] -> chứa "Alice"

Mô hình chính xác hơn là biến là một nhãn hoặc thẻ tên mà bạn gán cho một mảnh dữ liệu.

my_name = "Alice"  # Tạo chuỗi "Alice" trong bộ nhớ, gán nhãn là `my_name`
also_my_name = my_name # Gán một nhãn khác (`also_my_name`) cho cùng một chuỗi "Alice".

Tại sao điều này lại quan trọng? Điều này có nghĩa là cả my_name và also_my_name đều chỉ đến cùng một chuỗi trong bộ nhớ máy tính của bạn. Điều này rất hiệu quả! Python không lãng phí bộ nhớ để tạo hai bản sao giống hệt trừ khi bạn yêu cầu.

2. Giải Thích Sự Khác Biệt Giữa "Is" và "=="

Điều này dẫn đến một câu hỏi phỏng vấn cổ điển cho lập trình viên mới: sự khác biệt giữa is và == là gì?

• == kiểm tra sự bằng nhau. Nó hỏi "Hai biến này có cùng giá trị không?"
• is kiểm tra danh tính. Nó hỏi "Hai biến này có trỏ đến cùng một đối tượng trong bộ nhớ không?"

Hãy xem nó hoạt động:

a = "hello"  # Một chuỗi hằng, được mã hóa trong chương trình
b = "hello"  # Một chuỗi hằng khác với cùng giá trị
c = "hello world!"[:5]  # Một biểu thức động tạo ra một chuỗi mới "hello" tại thời gian chạy

print(a == b) # True - cùng giá trị
print(a is b) # True! Chờ đã, tại sao? (Chúng ta sẽ giải thích điều này tiếp theo)
print(a == c) # True - cùng giá trị
print(a is c) # False! Chúng là các đối tượng khác nhau trong bộ nhớ.

Vậy tại sao a is b cũng là True? Điều này giới thiệu khái niệm tiếp theo của chúng ta.

3. Mẹo Bộ Nhớ của Python: Interning

Để tiết kiệm bộ nhớ, Python tự động intern các chuỗi nhỏ, thông dụng (và số nguyên). Điều này có nghĩa là nó chỉ tạo một bản sao duy nhất trong bộ nhớ và trỏ tất cả các biến đến bản sao đó.

Chuỗi "hello" là ngắn và thông dụng. Khi bạn viết b = "hello", Python đủ thông minh để tìm chuỗi "hello" đã tồn tại trong bộ nhớ và trỏ b đến nó. Đó là lý do tại sao a is b là True.

Chuỗi c được tạo ra một cách động bằng cách cắt một chuỗi lớn hơn ("hello world!"[:5]). Mặc dù giá trị của nó là "hello", nhưng hành vi intern của Python ít nhất quán hơn ở đây, vì vậy nó thường trở thành một đối tượng riêng biệt trong bộ nhớ. Do đó, a is c là False.

⚠️ Điều Cần Nhớ Cho Lập Trình Viên Mới: Luôn sử dụng == để kiểm tra giá trị của chuỗi. Interning là một tối ưu hóa bộ nhớ mà Python sử dụng để đạt hiệu quả, nhưng đó không phải là quy tắc bạn nên dựa vào cho logic của chương trình. Chỉ sử dụng is khi bạn thực sự muốn kiểm tra xem đó có phải là cùng một đối tượng trong bộ nhớ hay không (điều này là rất hiếm).

4. Tại Sao Tính Bất Biến Lại Có Lợi

Chuỗi trong Python là bất biến. Đây là một từ fancy có nghĩa là "không thể thay đổi."

Bạn không thể làm điều này:

my_string = "pizza"
my_string[0] = "P" # TypeError! Không thể thay đổi một chuỗi đã tồn tại.

Bạn chỉ có thể tạo ra các chuỗi mới:

my_string = "pizza"
my_new_string = "P" + my_string[1:] # Tạo một chuỗi mới "Pizza"
# Biến `my_string` giờ đây được gán cho một đối tượng mới.
# Chuỗi cũ "pizza" cuối cùng sẽ được Python dọn dẹp.

Điều này liên quan đến bộ nhớ vì nó an toàn. Vì chuỗi không thể thay đổi, Python có thể tự do chia sẻ chúng (thông qua intern) mà không lo rằng việc thay đổi một biến sẽ vô tình thay đổi biến khác.

Bảng Tóm Tắt Nhanh

Suy nghĩ về bộ nhớ không chỉ dành cho các kỹ sư cao cấp. Đây là bước đầu tiên để viết mã hiệu quả, không có lỗi. Giữ những khái niệm này trong tâm trí, và bạn đã bắt đầu suy nghĩ như một chuyên gia!

Aaron Rose là một kỹ sư phần mềm và nhà văn công nghệ tại tech-reader.blog và là tác giả của Think Like Genius.