0

バージョンによってtupleのis演算子の振る舞いが変わります。

【確認に使用したコード】

x = 1, 2, 2
print(id(x))
y = 1, 2, 2
print(id(y))
print(x is y)

【実行結果】
Python 2.7.17の結果(x is yがFalse)

140379358955392
140379359012656
False

Python 3.6.9の結果(Python 2.7.17と同じくx is yがFalse)

139911075819024
139911075406400
False

Python 3.7.5の結果(x is yがTrue)

140641147669392
140641147669392
True

質問1

振る舞いが変わるのはどのバージョンからでしょうか?
バージョンの異なるPythonで試してみた結果、3.6.9より新しく、3.7.5以下のバージョンで振る舞いが変わったようです。
同様の問題がないかネットで調べてみたのですが、見つかりませんでした。

質問2

他にもこのような振る舞いの違いはありますか?
基本的な演算で、他にもこのような違いがあるか心配になりました。
報告されているもので影響が大きそうなものがあれば教えて欲しいです。

2 件の回答 2

3

※ 以下は質問に対する直接の回答ではありません。

Python 3.8.6 でも同様の結果になりますので、Python 3.8.6 で話を進めます。
まず最初に isid() に関して少し説明します。

static PyObject *
cmp_outcome(PyThreadState *tstate, int op, PyObject *v, PyObject *w)
{
  int res = 0;
  switch (op) {
  case PyCmp_IS:
    res = (v == w);
    break;
      :

オブジェクト(クラス、インスタンス、メソッド、関数、etc.)のメモリアドレス(ポインタ値)を比較しています。

static PyObject *
builtin_id(PyModuleDef *self, PyObject *v)
/*[clinic end generated code: output=0aa640785f697f65 input=5a534136419631f4]*/
{
    PyObject *id = PyLong_FromVoidPtr(v);
                 :

オブジェクトのメモリアドレスを Python の整数型オブジェクト(PyLongObject)に変換しています。

次に質問欄にあるコードですが、dis モジュールを使って disassemble を行ってみます。

$ python3 --version
Python 3.8.6
$ python3 -m dis tuple_equivalency.py
  1           0 LOAD_CONST               0 ((1, 2, 2))
              2 STORE_NAME               0 (x)
                   :

  3          16 LOAD_CONST               0 ((1, 2, 2))
             18 STORE_NAME               3 (y)
                   :

LOAD_CONST(opcode) の引数がどちらも 0 になっています。この値は func_code.co_consts のインデックスですが、同じという事はその値(この場合は func_code.co_consts[0] == tuple インスタンスのメモリアドレス)が同一であるという事になります。

それでは x = (1, 2, 4) に変更するとどうなるのでしょうか。以下の様に、LOAD_CONST の引数が異なっています(つまり別個の tuple インスタンス)。

  1           0 LOAD_CONST               0 ((1, 2, 4))
              2 STORE_NAME               0 (x)
                   :

  3          16 LOAD_CONST               1 ((1, 2, 2))
             18 STORE_NAME               3 (y)
                   :

tuple は immutable なインスタンスですが、mutable なインスタンス(たとえば list 型)に変更して(x = [1, 2, 3], y = [1, 2, 3]) disassemble してみます。

  1           0 LOAD_CONST               0 (1)
              2 LOAD_CONST               1 (2)
              4 LOAD_CONST               2 (3)
              6 BUILD_LIST               3
              8 STORE_NAME               0 (x)
                   :

  3          22 LOAD_CONST               0 (1)
             24 LOAD_CONST               1 (2)
             26 LOAD_CONST               2 (3)
             28 BUILD_LIST               3
             30 STORE_NAME               3 (y)
                   :

BUILD_LIST によって新たな list 型インスタンスが作成されますので、list としては別々になりますが、その要素(1, 2, 3)は func_code.co_consts の同じ要素を指しています。つまり、x is yFalse になりますが、x[0] is y[0]True になります(x[1], x[2] も同様)。

余談

Tuple インスタンスを memory allocate している箇所はPyTuple_New()になります。

ifdef が入っていますが、PyTuple_MAXSAVESIZE以下の様に定義されています

/* Speed optimization to avoid frequent malloc/free of small tuples */
#ifndef PyTuple_MAXSAVESIZE
#define PyTuple_MAXSAVESIZE     20  /* Largest tuple to save on free list */
#endif
#ifndef PyTuple_MAXFREELIST
#define PyTuple_MAXFREELIST   2000  /* Maximum number of tuples of each size to save */
#endif

#if PyTuple_MAXSAVESIZE > 0
/* Entries 1 up to PyTuple_MAXSAVESIZE are free lists, entry 0 is the empty
   tuple () of which at most one instance will be allocated.
*/
static PyTupleObject *free_list[PyTuple_MAXSAVESIZE];
static int numfree[PyTuple_MAXSAVESIZE];
#endif

ここで、コメントには "... to save on free list" とか "... malloc/free of small tuples" と書かれています。PyTuple_New() は以下の様になっていて、free_list(unbind された tuple インスタンス の link list)を使って tuple インスタンスを再利用しています。

  if (size < PyTuple_MAXSAVESIZE && (op = free_list[size]) != NULL) {
      free_list[size] = (PyTupleObject *) op->ob_item[0];
      numfree[size]--;
                   :
      _Py_NewReference((PyObject *)op);
  }
  else
#endif
  {
                   :
      op = PyObject_GC_NewVar(PyTupleObject, &PyTuple_Type, size);
      if (op == NULL)
        return NULL;
  }

Tuple インスタンスが再利用される例としては以下になります。

$ python3
Python 3.8.6 (default, Sep 25 2020, 09:36:53) 
[GCC 10.2.0] on linux
>>> x = (1, 2, 3)
>>> x_id = id(x)
>>> x_id
139730736978368
>>> del x
>>> y = (-1, -2, -3)
>>> id(y)
139730736978368
>>> id(y) == x_id
True
1
  • isは2個のオブジェクト(インスタンス)のメモリ上のアドレスが同じであれば同一オブジェクトとみなす。異なれば同一ではないとみなすと理解しました。Python 3.6.9では値が同じ2個のtupleが異なるインスタンスとなりました(-m disで確認できました)。docs.python.org/ja/3/library/functions.html?highlight=idでは「id(object)オブジェクトの "識別値" を返します。この値は整数で、このオブジェクトの有効期間中は一意かつ定数であることが保証されています。有効期間が重ならない 2 つのオブジェクトは同じ id() 値を持つかもしれません。」は余談のオブジェクトの再利用される具体例のひとつですね。 2020年12月27日 0:52
2

is はオブジェクトが一致しないことを確かめる目的で使われるものであり、タプルの比較に使ってはいけません。タプルの比較を行うためにはそもそも値の比較は == 演算子を使わなければいけません

どこで振る舞いが変わったかについてはソースコードを追わなければおそらくわかりませんが、それほどまでに影響のあるバージョンアップなら広く知らされて 3.x から 4.x になるはずです。なのでそもそもの使い方が間違っているのです。

追記

同じ値のタプルはキャッシュされているようです。
python - Why don't tuples get the same ID when assigned the same values? - Stack Overflow
バージョンによって変わるのではなく、その時のメモリの状況によって ID が変わるのです。

追記 2

まずはオブジェクトについて解説します。3.1. オブジェクト、値、および型にあるように

すべての属性は、同一性 (identity)、型、値をもっています。 同一性 は生成されたあとは変更されません。これはオブジェクトのアドレスのようなものだと考えられるかもしれません。 'is' 演算子は2つのオブジェクトの同一性を比較します。 id() 関数は同一性を表す整数を返します。

オブジェクトの同一性と値の同一性は関連はありますが全く同じではありません。また

CPython では、id(x) は x が格納されているメモリ上のアドレスを返します。

とあるように、メモリ上のアドレスを比較しても値が同じとは限らないことがわかります。

次に6.10.1. 値の比較を見ましょう。

等価比較 (== および !=) のデフォルトの振る舞いは、オブジェクトの同一性に基づいています。 従って、同一のインスタンスの等価比較の結果は等しいとなり、同一でないインスタンスの等価比較の結果は等しくないとなります。 デフォルトの振る舞いをこのようにしたのは、全てのオブジェクトを反射的 (reflexive つまり x is y ならば x == y) なものにしたかったからです。

x is y implies x == y と原文のほうがわかりやすいですが、x is y が成り立つならば x == y という意味を含むと言っています。つまり(数学的に正しい表記ではないですが) x is yx == y と言っているのです。すなわち x is y だからといって x == y とは限らないことを明確に述べています。

Python では値も全てオブジェクト扱いされています(mro() は継承関係をさかのぼってクラスを返す関数)。

>>> type((1,2,3)).mro()
[<class 'tuple'>, <class 'object'>]

前述のようにオブジェクトは同一性が保たれていても値が同じとは限らないのです。タプルに限らず Python 全てのオブジェクトに関わる大事なことです。

3
  • 回答ありがとうございます。「タプルの比較に使ってはいけません。」というのは知りませんでした。これはどこからの情報でしょうか?Python Documentationでは「isとis notは任意の2つのオブジェクトに適用することができる」とありました。 2020年12月26日 15:32
  • 追記しましたのでご一読ください 2020年12月26日 16:04
  • すすみません、言葉が足りませんでした。値の比較でなく、同一オブジェクトか否かを判定したいとき、タプルをisで比較してはいけない根拠が知りたくてコメントしました。バージョンによって振る舞いが変わるため実際に使うのは危険と認識していますが、明示された仕様があればそれは何かが知りたいです。 2020年12月27日 1:16

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