Python：__weakref__ 詳解

在 Python 的對象模型中，變量的“賦值”本質(zhì)上是引用綁定（binding）。只要存在至少一個(gè)強(qiáng)引用指向某個(gè)對象，該對象就不會被垃圾回收。然而，有些場景中我們需要“觀察對象是否還存在”，又不希望阻止其被回收，這時(shí)就需要弱引用（Weak Reference）。__weakref__ 正是弱引用機(jī)制在對象內(nèi)部的核心載體。

一、__weakref__ 是什么？

__weakref__ 是 Python 對象中的一個(gè)內(nèi)置屬性，用于存儲該對象被弱引用（weakref 模塊）追蹤的信息。它通常由 Python 自動管理，用戶無需直接操作，但理解它有助于掌握弱引用的底層原理。

核心功能：

? 存儲指向該對象的所有弱引用（weakref.ref、weakref.proxy 等）。

? 當(dāng)對象支持弱引用時(shí)，Python 會自動為其實(shí)例生成此屬性。

? 若類使用 __slots__ 禁止了動態(tài)屬性，必須顯式聲明 __weakref__ 才能支持弱引用。

語法：

object.__weakref__

示例：

print(d.__weakref__)  # 輸出：

在 CPython 中，每個(gè)對象都有一個(gè)引用計(jì)數(shù)（Reference Count），當(dāng)引用計(jì)數(shù)歸零時(shí)，對象會被垃圾回收（GC），這種方式又稱為“強(qiáng)引用”。

del b           # 引用計(jì)數(shù)為 0，對象被銷毀

弱引用不會增加對象的引用計(jì)數(shù)，因此不會阻止對象被回收。

print(w())           # 輸出：None（對象已被回收，弱引用失效）

二、weakref 模塊的使用

Python 提供了 weakref 標(biāo)準(zhǔn)庫來管理弱引用。

weakref.ref(obj)：創(chuàng)建弱引用對象。

weakref.proxy(obj)：創(chuàng)建自動解引用的代理。

weakref.WeakKeyDictionary：鍵為弱引用的字典。

weakref.WeakValueDictionary：值為弱引用的字典。

當(dāng)我們通過 weakref.ref(obj) 創(chuàng)建弱引用時(shí)，Python 會將弱引用對象登記在目標(biāo)對象的 __weakref__ 屬性中。因此，__weakref__ 可以理解為：對象內(nèi)部用于記錄所有弱引用它的“登記表”。

三、__weakref__ 與 __slots__ 的關(guān)系

如果類定義了 __slots__，默認(rèn)情況下不會自動創(chuàng)建 __weakref__ 屬性，從而導(dǎo)致實(shí)例不支持弱引用。

錯(cuò)誤示例：

    # 輸出：cannot create weak reference to 'A' object

正確示例：

print(w)  # 正常輸出

若類定義了 __slots__ 且需支持弱引用，必須將 "__weakref__" 顯式包含在 __slots__ 列表中。

四、弱引用的典型應(yīng)用場景

（1）緩存與對象池

適用于圖像、模型、數(shù)據(jù)庫連接等資源，希望緩存對象但又不阻止其回收。

print(list(_cache.keys()))   # [] 緩存自動清除

（2）打破循環(huán)引用

弱引用常用于解決對象間的循環(huán)依賴問題。

問題代碼（循環(huán)引用）：

child.parent = root  # 互相強(qiáng)引用，形成循環(huán)

改進(jìn)代碼（使用弱引用）：

root.children.append(child)  # root 強(qiáng)引用 child (單向)

（3）GUI、事件系統(tǒng)與觀察者模式

在 GUI 框架或事件系統(tǒng)中，常用弱引用來注冊回調(diào)函數(shù)，避免因回調(diào)持有對象引用而導(dǎo)致控件無法釋放。

五、生命周期與內(nèi)存管理

弱引用的價(jià)值在于：允許觀察對象存活狀態(tài)，而不擁有對象。

生命周期主要分為三個(gè)階段。

（1）創(chuàng)建階段

首次對對象創(chuàng)建弱引用時(shí)：

? Python 為對象建立內(nèi)部弱引用鏈表（__weakref__）

? 弱引用對象加入鏈表

? 不增加引用計(jì)數(shù)

w = weakref.ref(obj)  # obj 的引用計(jì)數(shù)不變

（2）存活階段（對象仍存在）

? 調(diào)用 w() 返回原對象

? 對象正常使用，不受弱引用影響

? 弱引用不會阻止對象被垃圾回收

示例：

    t.do_something()

（3）銷毀階段（對象被回收）

當(dāng)對象被 GC 回收時(shí)：

? 所有弱引用失效

? 回調(diào)（如果有）被調(diào)用

? w() 永遠(yuǎn)返回 None

print(w())    # None

如果使用 proxy：

p = weakref.proxy(A())

對象消失后：

# ReferenceError: weakly-referenced object no longer exists

proxy 的安全性不如 ref，需要注意。

六、常見誤區(qū)與注意事項(xiàng)

（1）并非所有類型都支持弱引用

內(nèi)置類型（int, str, tuple, list 等）通常不支持。

print(hasattr(x, "__weakref__"))  # False，內(nèi)置類型 int 不支持弱引用

僅用戶自定義類或特定擴(kuò)展類型支持弱引用。

（2）弱引用不會延長對象壽命

弱引用只觀察對象，不影響引用計(jì)數(shù)。

（3）使用弱引用要檢查有效性

若對象被銷毀后仍使用弱引用結(jié)果，會得到 None，需始終檢查返回值有效性。

小結(jié)

__weakref__ 是 Python 對象系統(tǒng)中一個(gè)低調(diào)卻至關(guān)重要的機(jī)制。它使得我們可以在不干擾對象生命周期的前提下，安全地追蹤、緩存或引用對象——這對于內(nèi)存優(yōu)化、循環(huán)引用處理、事件系統(tǒng)都有深遠(yuǎn)意義。

“點(diǎn)贊有美意，贊賞是鼓勵(lì)”