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Python 源码阅读：类型

百家作者：程序员之家 2017-09-29 14:49:30

引导关注这篇主要涉及Python对象的类型机制

有点绕, 一定要思维清晰的时候再看哦:)

一个例子

>>> a = 1
>>> a
1

>>> type(a)

#等价的两个
>>> type(type(a))

>>> type(int)

#还是等价的两个
>>> type(type(type(a)))

>>> type(type(int))

我们反向推导一个int对象是怎么生成的.

1. 首先, 定义一种类型叫PyTypeObject

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 "." */ //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. 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!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!

所有Type都是PyTypeObject的”实例”: PyType_Type/PyInt_Type

2. 然后, 用PyTypeObject初始化得到一个对象PyType_Type

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!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!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)

第二张图, 箭头表示指向

使用

# 1. int 的类型是`type`
>>> type(int)

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

注意: 无论任何时候, ob_type指向的是 PyTypeObject的实例: PyType_Type/PyInt_Type…

3. 再然后, 定义具体的类型, 这里以PyInt_Type为例子

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

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

1. PyIntObject为整数类型

2. 声明一个整数后得到整数对象

3. 对象ob_type指向PyInt_type对象

到这里, 总结下

1. 一切都是对象

2. PyType_Type / PyInt_Type / PyString_Type ....等
这些是`类型对象`, 可以认为是同级, 都是PyTypeObject这种`类型`的实例!

3. 虽然是同级,
但是其他PyXXX_Type, 其类型指向 PyType_Type
PyType_Type 的类型指向自己, 它是所有类型的`类型`

4. PyTypeObject 是一个变长对象

5. 每个object, 例如PyIntObject都属于一种`类型`
object初始化时进行关联

多态是如何实现的?

对象的多态, 例如hash

>>> hash(1)
1
>>> hash("abc")
1453079729188098211

从上面数据结构可以看到, 方法及属性, 在不同Type实例化时就确定了

PyTypeObject PyInt_Type = {
    ...
    (hashfunc)int_hash,                         /* tp_hash */
    ...
}

PyTypeObject PyString_Type = {
    ...
    (hashfunc)string_hash,                      /* tp_hash */
    ...
}