在 Python 中，数字对象是编程的核心基础之一。本文将围绕 Python 中的数字对象展开，重点讲解整数对象的特性、代码解析，以及数字格式化、进制转换和数字运算等内容。此外，我们还将深入探讨整数对象池的设计原理及其对运行效率的优化。

一、整数对象的基本概念

在 Python 中，整数（int）是一种不可变的数据类型，用于表示没有小数部分的数值。Python 的整数支持任意精度，这意味着它可以处理非常大的数值，而不会像其他语言那样受限于固定位数。

示例代码解析

# 定义一个整数变量
a = 10
print(type(a))  # 输出：<class 'int'>

# 大整数示例
b = 987654321098765432109876543210
print(b)  # 输出：987654321098765432109876543210

注意：Python 会自动管理内存，因此无需担心大整数的存储问题。

二、整数对象的高效运行机制——整数对象池

1. 整数对象池的背景

整数在 Python 中使用非常广泛，尤其是在循环、条件判断等场景中频繁出现。由于 Python 采用了引用计数机制，大量创建和销毁整数对象会导致系统堆面临巨大的访问压力，从而影响程序的运行效率。

为了解决这一问题，Python 引入了整数对象池的概念。简单来说，整数对象池是一段预先分配好的内存区域，用于存储常用的小整数对象（例如 -5 到 256）。这些整数对象在程序启动时就已经创建，并且在整个程序生命周期内被重复使用。

2. 整数对象池的工作原理

预分配范围：Python 默认为 -5 到 256 范围内的整数创建对象池。
共享引用：当程序需要使用这些范围内的整数时，Python 会直接从对象池中返回已存在的对象，而不是重新创建新的对象。
减少内存开销：通过复用对象，避免了频繁的内存分配和释放操作，从而显著提高运行效率。

示例代码

a = 10
b = 10

print(a is b)  # 输出：True，因为10在对象池中，a和b指向同一个对象

c = 257
d = 257

print(c is d)  # 输出：False，因为257超出了对象池范围，c和d是独立的对象

注意：对于超出范围的整数（如 257），Python 不会将其放入对象池，每次都会创建新的对象。

三、数字格式化

数字格式化是指将数字以特定的形式输出，例如添加千分位符号、指定小数位数等。Python 提供了多种方式实现数字格式化。

1. 使用`str.format()`方法

number = 1234567.89
formatted_number = "{:,.2f}".format(number)
print(formatted_number)  # 输出：1,234,567.89

{:,.2f}：逗号表示千分位，.2f表示保留两位小数。

2. 使用 f-string（Python 3.6+）

number = 1234567.89
formatted_number = f"{number:,.2f}"
print(formatted_number)  # 输出：1,234,567.89

f-string 是更简洁的方式，推荐使用。

四、进制转换

Python 支持多种进制之间的转换，包括十进制、二进制、八进制和十六进制。

1. 十进制转其他进制

decimal_number = 255

# 转二进制
binary_number = bin(decimal_number)
print(binary_number)  # 输出：0b11111111

# 转八进制
octal_number = oct(decimal_number)
print(octal_number)  # 输出：0o377

# 转十六进制
hex_number = hex(decimal_number)
print(hex_number)  # 输出：0xff

2. 其他进制转十进制

binary_str = "11111111"
decimal_from_binary = int(binary_str, 2)
print(decimal_from_binary)  # 输出：255

octal_str = "377"
decimal_from_octal = int(octal_str, 8)
print(decimal_from_octal)  # 输出：255

hex_str = "ff"
decimal_from_hex = int(hex_str, 16)
print(decimal_from_hex)  # 输出：255

五、数字运算

Python 支持丰富的数学运算操作符，包括加法、减法、乘法、除法、取模等。

1. 基本运算

a = 10
b = 3

# 加法
print(a + b)  # 输出：13

# 减法
print(a - b)  # 输出：7

# 乘法
print(a * b)  # 输出：30

# 除法
print(a / b)  # 输出：3.3333333333333335

# 整除
print(a // b)  # 输出：3

# 取模
print(a % b)  # 输出：1

# 幂运算
print(a ** b)  # 输出：1000

2. 数学模块`math`

Python 内置的math模块提供了更多高级数学函数。

import math

# 开平方
print(math.sqrt(16))  # 输出：4.0

# 绝对值
print(math.fabs(-10))  # 输出：10.0

# 圆周率π
print(math.pi)  # 输出：3.141592653589793

六、总结

通过本文的学习，我们不仅了解了 Python 中整数对象的基本特性、数字格式化的技巧、进制转换的方法以及常见的数字运算操作，还深入探讨了整数对象池的设计原理及其对运行效率的优化。整数对象池通过复用常用的小整数对象，减少了内存分配和释放的开销，从而显著提升了程序的性能。

如果你对 Python 中的数字对象还有疑问，欢迎留言交流！让我们一起探索 Python 的无限可能！

原文始发于微信公众号（有追求的开发者）：Python 数字对象解析：整数对象、格式化、进制转换与运算

文章由极客之音整理，本文链接：https://www.bmabk.com/index.php/post/313036.html

Python 数字对象解析：整数对象、格式化、进制转换与运算