Python內(nèi)建類型float源碼學習
“深入認識Python內(nèi)建類型”這部分的內(nèi)容會從源碼角度為大家介紹Python中各種常用的內(nèi)建類型。
1 回顧float的基礎知識
1.1 PyFloatObject
1.2 PyFloat_Type
C源碼（僅列出部分字段）：
PyTypeObject PyFloat_Type = {
PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0)
"float",
sizeof(PyFloatObject),
0,
(destructor)float_dealloc, /* tp_dealloc */
0, /* tp_print */
0, /* tp_getattr */
0, /* tp_setattr */
0, /* tp_reserved */
(reprfunc)float_repr, /* tp_repr */
&float_as_number, /* tp_as_number */
0, /* tp_as_sequence */
0, /* tp_as_mapping */
(hashfunc)float_hash, /* tp_hash */
0, /* tp_call */
(reprfunc)float_repr, /* tp_str */
// ...
0, /* tp_init */
0, /* tp_alloc */
float_new, /* tp_new */
};
PyFloat_Type中保存了很多關于浮點對象的元信息，關鍵字段包括：
tp_name：保存類型名稱，常量float
tp_dealloc、tp_init、tp_alloc和tp_new：對象創(chuàng)建和銷毀的相關函數(shù)
tp_repr：生成語法字符串表示形式的函數(shù)
tp_str：生成普通字符串表示形式的函數(shù)
tp_as_number：數(shù)值操作集
tp_hash：哈希值生成函數(shù)
1.3 對象的創(chuàng)建
通過類型對象創(chuàng)建實例對象：
通過C API創(chuàng)建實例對象：
PyObject * PyFloat_FromDouble(double fval); PyObject * PyFloat_FromString(PyObject *v);
1.4 對象的銷毀
當對象不再需要時，Python通過Py_DECREF或者Py_XDECREF宏來減少引用計數(shù)；
當引用計數(shù)降為0時，Python通過_Py_Dealloc宏回收對象。（有關引用計數(shù)的內(nèi)容后續(xù)會詳細介紹）
_Py_Dealloc宏實際上調(diào)用的是*Py_TYPE(op)->tp_dealloc，對于float即調(diào)用float_dealloc：
#define _Py_Dealloc(op) ( \
_Py_INC_TPFREES(op) _Py_COUNT_ALLOCS_COMMA \
(*Py_TYPE(op)->tp_dealloc)((PyObject *)(op)))
1.5 小結
最后將對象從創(chuàng)建到銷毀整個生命周期所涉及的關鍵函數(shù)、宏以及調(diào)用關系整理如下：
2 空閑對象緩存池
問題：浮點運算背后涉及大量臨時對象創(chuàng)建和銷毀。
area = pi * r ** 2
這個語句首先計算半徑r的平方，中間結果由一個臨時對象來保存，假設是t；然后計算pi與t的乘積，得到最終結果并賦值給變量area；
最后，銷毀臨時對象t。創(chuàng)建對象時需要分配內(nèi)存，銷毀對象時又要回收內(nèi)存，大量臨時對象創(chuàng)建和銷毀，意味著大量內(nèi)存分配回收操作，這是不能接受的。
因此，Python在浮點對象銷毀之后，并不急于回收內(nèi)存，而是將對象放入一個空閑鏈表，后續(xù)需要創(chuàng)建浮點對象時，先到空閑鏈表中取，省去了部分分配內(nèi)存的開銷。
2.1 浮點對象的空閑鏈表
C源碼：
#ifndef PyFloat_MAXFREELIST #define PyFloat_MAXFREELIST 100 #endif static int numfree = 0; static PyFloatObject *free_list = NULL;
源碼解讀：
free_list變量：指向空閑鏈表頭節(jié)點的指針
numfree變量：維護空閑鏈表當前長度
PyFloat_MAXFREELIST宏：限制空閑鏈表的最大長度，避免占用過多內(nèi)存
為了保持簡潔，Python把ob_type字段當作next指針來用，將空閑對象串成鏈表。float空閑鏈表圖示如下：
個人體會：
Python中這樣的池技術很多地方都在用，并且在實際工程中，這也是一種廣泛使用的方式，大家可以具體體會下。
“把ob_type字段當作next指針來用“，這種方式可以學習，但是也要結合實際情況：可讀性，是否需要節(jié)省這部分內(nèi)存等等。
2.2 空閑鏈表的使用
有了空閑鏈表之后，需要創(chuàng)建浮點對象時，可以從鏈表中取出空閑對象，省去申請內(nèi)存的開銷，以PyFloat_FromDouble()為例：（只列出部分代碼）
PyObject *
PyFloat_FromDouble(double fval)
{
PyFloatObject *op = free_list;
if (op != NULL) {
free_list = (PyFloatObject *) Py_TYPE(op);
numfree--;
} else {
op = (PyFloatObject*) PyObject_MALLOC(sizeof(PyFloatObject));
if (!op)
return PyErr_NoMemory();
}
/* Inline PyObject_New */
(void)PyObject_INIT(op, &PyFloat_Type);
op->ob_fval = fval;
return (PyObject *) op;
}
檢查free_list是否為空
如果free_list非空，取出頭節(jié)點備用，free_list指向第二個節(jié)點（這里看代碼調(diào)用的是Py_TYPE()，
也就是op的ob_type字段，也就是第二個節(jié)點），并將numfree減1
如果free_list為空，則調(diào)用PyObject_MALLOC分配內(nèi)存
最后會通過PyObject_INIT對op進行相應設置（包括修改ob_type），然后設置ob_fval為fval
圖示如下：（對比2.1中的圖示，可以看到free_list指向了第二個節(jié)點，并且第一個節(jié)點的ob_type字段也不再指向第二個節(jié)點，而是指向?qū)念愋蛯ο螅?/p>
對象銷毀時，Python將其緩存在空閑鏈表中，以備后用。float_dealloc函數(shù)源碼如下：
static void
float_dealloc(PyFloatObject *op)
{
if (PyFloat_CheckExact(op)) {
if (numfree >= PyFloat_MAXFREELIST) {
PyObject_FREE(op);
return;
}
numfree++;
Py_TYPE(op) = (struct _typeobject *)free_list;
free_list = op;
}
else
Py_TYPE(op)->tp_free((PyObject *)op);
}
若空閑鏈表長度達到限制值，調(diào)用PyObject_FREE回收對象內(nèi)存
若空閑鏈表長度未達到限制值，則將對象插到空閑鏈表頭部（這里可以順帶復習下頭插法，hh）
3 其他
問題：以下例子中，變量e的id值為何與已銷毀的變量pi相同？
>>> pi = 3.14 >>> id(pi) 4565221808 >>> del pi >>> e = 2.71 >>> id(e) 4565221808
答：在3.14這個浮點數(shù)對象被銷毀時，并沒有直接回收其內(nèi)存，而是將對象緩存在空閑鏈表中，此時3.14這個浮點數(shù)對象為空閑鏈表頭節(jié)點；
當創(chuàng)建浮點對象2.71時，此時空閑鏈表非空，則取出空閑鏈表的頭節(jié)點，修改ob_fval值為2.71，因此兩個對象的id是一樣的。
以上就是Python內(nèi)建類型float源碼學習的詳細內(nèi)容，更多關于Python內(nèi)建類型float的資料請關注腳本之家其它相關文章！
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