就地for循环中的Python字符串连接？

Question

我知道 Python 字符串是不可变的，这意味着

letters = "world"
letters += "sth"

连接后会给我一个不同的字符串对象

begin: id(letters): 1828275686960
end: id(letters): 1828278265776

但是，当我运行 for 循环附加到字符串时，结果是字符串对象在 for 循环期间保持不变:

letters = "helloworld"
print("before for-loop:")
print(id(letters))
print("in for-loop")

for i in range(5):
    letters += str(i)
    print(id(letters))

输出:

before for-loop:
2101555236144
in for-loop
2101557044464
2101557044464
2101557044464
2101557044464
2101557044464

显然是 letter 的底层字符串对象指向在 for 循环期间没有改变，这与字符串应该是不可变的概念相矛盾。
这是 Python 在幕后执行的某种优化吗？

Answer 1

来自 documentation :

id(object)

Return the “identity” of an object. This is an integer which is guaranteed to be unique and constant for this object during its lifetime. Two objects with non-overlapping lifetimes may have the same id() value.

CPython implementation detail: This is the address of the object in memory.

方法id()在这种情况下，存储的字符串的内存地址为 source code向我们展示:

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

    if (id && PySys_Audit("builtins.id", "O", id) < 0) {
        Py_DECREF(id);
        return NULL;
    }

    return id;
} 

发生的事情是两个对象的生命结束和开始确实重叠。
Python 保证字符串的不变性，只要它们还活着。
如 article @kris 建议显示:

import _ctypes
    
a = "abcd"
a += "e"

before_f_id = id(a)

a += "f"

print(a)
print( _ctypes.PyObj_FromPtr(before_f_id) ) # prints: "abcdef"

字符串 a结束是生命并且不保证可以恢复给定内存位置，实际上上面的例子表明它是重复使用 对于新变量。
我们可以看看它是如何实现的under the hood在 unicode_concatenate查看最后几行代码的方法:

res = v;
PyUnicode_Append(&res, w);
return res;

哪里v和 w是表达式中的那些:v += w方法PyUnicode_Append实际上是试图为新对象重用相同的内存位置，in detail在 PyUnicode_Append :

PyUnicode_Append(PyObject **p_left, PyObject *right):

...

new_len = left_len + right_len;

if (unicode_modifiable(left)
    ...
{
    /* append inplace */
    if (unicode_resize(p_left, new_len) != 0)
        goto error;

    /* copy 'right' into the newly allocated area of 'left' */
    _PyUnicode_FastCopyCharacters(*p_left, left_len, right, 0, right_len);
}