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深入源码解析Python中的对象与类型

  • 时间:2022-02-07 06:03 编辑: 来源: 阅读:
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摘要:深入源码解析Python中的对象与类型
[b]对象 [/b]对象, 在C语言是如何实现的? Python中对象分为两类: 定长(int等), 非定长(list/dict等) 所有对象都有一些相同的东西, 源码中定义为PyObject和PyVarObject, 两个定义都有一个共同的头部定义PyObject_HEAD(其实PyVarObject有自己的头部定义PyObject_VAR_HEAD, 但其实际上用的也是PyObject_HEAD). 源码位置: Include/object.h [b]PyObject_HEAD [/b]Python 内部, 每个对象拥有相同的头部. 定义
/* PyObject_HEAD defines the initial segment of every PyObject. */
#define PyObject_HEAD          \
  _PyObject_HEAD_EXTRA        \
  Py_ssize_t ob_refcnt;        \
  struct _typeobject *ob_type;
说明 1. _PyObject_HEAD_EXTRA 先忽略, 双向链表结构, 后面垃圾回收再说 2. Py_ssize_t ob_refcnt Py_ssize_t在编译时确定, 整型 ob_refcnt, 引用计数, 跟Python的内存管理机制相关(基于引用计数的垃圾回收) 3. struct _typeobject *ob_type *ob_type 指向类型对象的指针(指向_typeobject结构体) 决定了这个对象的类型! [b]PyObject [/b]定义
 typedef struct _object {
   PyObject_HEAD
 } PyObject;
说明  1. 依赖关系  PyObject -> PyObject_HEAD 结构 [img]http://files.jb51.net/file_images/article/201512/20151211181600262.png?2015111118169[/img] [b]PyVarObject [/b]定义
typedef struct {
  PyObject_VAR_HEAD
} PyVarObject;

#define PyObject_VAR_HEAD        \
 PyObject_HEAD            \
 Py_ssize_t ob_size; /* Number of items in variable part */

说明  1. 依赖关系  PyVarObject -> PyObject_VAR_HEAD -> PyObject_HEAD  2.Py_ssize_t ob_size  ob_size, 变长对象容纳的元素个数 结构 [img]http://files.jb51.net/file_images/article/201512/20151211181633658.png?20151111181641[/img] 代码关系 [img]http://files.jb51.net/file_images/article/201512/20151211181651468.png?20151111181659[/img] [b]几个方法 [/b]跟对象相关的方法 #define Py_REFCNT(ob)           (((PyObject*)(ob))->ob_refcnt) 读取引用计数 #define Py_TYPE(ob)             (((PyObject*)(ob))->ob_type) 获取对象类型 #define Py_SIZE(ob)             (((PyVarObject*)(ob))->ob_size) 读取元素个数(len) [b]跟引用计数相关的方法[/b] Py_INCREF(op)  增加对象引用计数 Py_DECREF(op)  减少对象引用计数, 如果计数位0, 调用_Py_Dealloc _Py_Dealloc(op) 调用对应类型的 tp_dealloc 方法(每种类型回收行为不一样的, 各种缓存池机制, 后面看) [b]其他 [/b]几个参数涉及 ob_refcnt 引用计数, 与内存管理/垃圾回收相关 ob_type   类型, 涉及Python的类型系统 [b]类型 [/b]一个例子
>>> a = 1
>>> a
1

>>> type(a)
<type 'int'>

#等价的两个
>>> type(type(a))
<type 'type'>
>>> type(int)
<type 'type'>

#还是等价的两个
>>> type(type(type(a)))
<type 'type'>
>>> type(type(int))
<type 'type'>

我们反向推导一个int对象是怎么生成的. [b]1. 首先, 定义一种类型叫PyTypeObject [/b]代码位置 Include/object.h 定义  
typedef struct _typeobject {

 /* MARK: base, 注意, 是个变长对象*/
 PyObject_VAR_HEAD
 const char *tp_name; /* For printing, in format "<module>.<name>" */ //类型名
 Py_ssize_t tp_basicsize, tp_itemsize; /* For allocation */ // 创建该类型对象时分配的内存空间大小


 // 一堆方法定义, 函数和指针
 /* Methods to implement standard operations */
 printfunc tp_print;
 hashfunc tp_hash;

 /* Method suites for standard classes */
 PyNumberMethods *tp_as_number;  // 数值对象操作
 PySequenceMethods *tp_as_sequence; // 序列对象操作
 PyMappingMethods *tp_as_mapping; // 字典对象操作

 // 一堆属性定义
 ....

} PyTypeObject;

说明 1. PyObject_VAR_HEAD 变长对象 2. const char *tp_name tp_name, 类型名字符串数组 所有Type都是PyTypeObject的"实例": PyType_Type/PyInt_Type [b]2. 然后, 用PyTypeObject初始化得到一个对象PyType_Type [/b]代码位置 Objects/typeobject.c 定义
PyTypeObject PyType_Type = {
 PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0)
 "type",                   /* tp_name */
 sizeof(PyHeapTypeObject),          /* tp_basicsize */
 sizeof(PyMemberDef),            /* tp_itemsize */
 (destructor)type_dealloc,          /* tp_dealloc */

 // type对象的方法和属性初始化值
 .....

};

说明 1. tp_name 类型名, 这里是"type" 2. PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0) PyVarObject_HEAD_INIT, 这个方法在 Include/object.h中, 等价于         ob_refcnt = 1         *ob_type = &PyType_Type         ob_size = 0 即, PyType_Type的类型是其本身! 结构 第一张图, 箭头表示实例化(google doc用不是很熟找不到对应类型的箭头) [img]http://files.jb51.net/file_images/article/201512/20151211181832844.png?20151111181839[/img] 第二张图, 箭头表示指向 [img]http://files.jb51.net/file_images/article/201512/20151211181846535.png?20151111181854[/img] 使用
# 1. int 的 类型 是`type`
>>> type(int)
<type 'type'>

# 2. type 的类型 还是`type`, 对应上面说明第二点
>>> type(type(int))
<type 'type'>

注意: 无论任何时候, ob_type指向的是 PyTypeObject的实例: PyType_Type/PyInt_Type... [b]3. 再然后, 定义具体的类型, 这里以PyInt_Type为例子 [/b]代码位置 Objects/intobject.c 定义
PyTypeObject PyInt_Type = {
 PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0)
 "int",
 sizeof(PyIntObject),
 0,

 // int类型的相关方法和属性值
 ....

 (hashfunc)int_hash,             /* tp_hash */

};

说明 1. "int" PyInt_Type的类型名是int 2.PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0) PyInt_Type的  
  *ob_type = &PyType_Type
结构 [img]http://files.jb51.net/file_images/article/201512/20151211181940069.png?20151111181947[/img] 使用
>>> type(1)
<type 'int'>

>>> type(type(1))
<type 'type'>

4. 最后, 生成一个整数对象int 代码位置 Include/intobject.h 定义
typedef struct {
  PyObject_HEAD
  long ob_ival;
} PyIntObject;
结构 [img]http://files.jb51.net/file_images/article/201512/20151211182004246.png?20151111182019[/img]
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