Python對(duì)象體系深入分析

更新時(shí)間：2014年10月28日 14:48:00 投稿：shichen2014

這篇文章主要介紹了Python對(duì)象體系,以實(shí)例的形式進(jìn)行了較為深入的分析,需要的朋友可以參考下

本文較為詳細(xì)的分析了了Python的對(duì)象體系。分享給大家供大家參考。具體如下：

Guido用C語(yǔ)言創(chuàng)造了Python,在Python的世界中一切皆為對(duì)象.

一.C視角中的Python對(duì)象

讓我們一起追溯到源頭,Python由C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),且向外提供了C的API http://docs.python.org/c-api/index.html .

我們思考問(wèn)題的時(shí)候,可能對(duì)于對(duì)象這種東西很容易理解,而計(jì)算機(jī)能理解的只有0,1序列這樣的字節(jié)序列,從根本上講，我們所說(shuō)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中的對(duì)象只是在內(nèi)存中的一塊內(nèi)存空間里的0，1序列而已,這些連續(xù)或者非連續(xù)的內(nèi)存空間在更高層次上可以看作是一個(gè)整體.在Python中,我們所提到的一般的對(duì)象都是C中的結(jié)構(gòu)體在堆Heap上申請(qǐng)的一塊內(nèi)存空間.

為了能夠用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)Python的面向?qū)ο蟮臋C(jī)制,需要定義一些結(jié)構(gòu)體，能夠操作那些對(duì)象的內(nèi)存空間。

1.PyObject&PyVarObject

所有的Python對(duì)象都有一些共同的東西,我們將其高度抽象成一個(gè)結(jié)構(gòu)體PyObject

復(fù)制代碼代碼如下:

typedef struct _object{  

    PyObject_HEAD  

} PyObject;  

//其實(shí)PyObject_HEAD這個(gè)宏在發(fā)行版本中的為  

int ob_refcnt;  

struct _typeobject *ob_type;

ob_refcnt,就是對(duì)象引用計(jì)數(shù),它的存在是為了實(shí)現(xiàn)了Python的基于引用技術(shù)的垃圾回收機(jī)制.

還有一個(gè)是指向一個(gè)類型對(duì)象結(jié)構(gòu)體的指針,用以代表該對(duì)象的類型.

在C語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)的時(shí)候,還有一個(gè)結(jié)構(gòu)體擴(kuò)展于PyObject

那便是PyVarObject,其內(nèi)容為PyObject_VAR_HEAD這個(gè)宏，它比PyObject多了一個(gè)ob_size,用來(lái)表示變長(zhǎng)對(duì)象的長(zhǎng)度,詳情見(jiàn)http://docs.python.org/c-api/structures.html

還有一點(diǎn)請(qǐng)大家不要搞混,這里的PyObject和PyVarObject和Python世界中的真實(shí)對(duì)象沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系,這兩個(gè)只是Python對(duì)象全體在C語(yǔ)言表示中的一種抽象.也就是說(shuō)在C語(yǔ)言中,只要是一個(gè)Python對(duì)象結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù),那么其內(nèi)存的開(kāi)始部分都會(huì)有上面結(jié)構(gòu)體的幾個(gè)變量,所以一個(gè)PyObject的指針便可以指向所有的C語(yǔ)言中的表示Python對(duì)象的結(jié)構(gòu)體,這樣在C語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)中,我們便可以通過(guò)這個(gè)統(tǒng)一的指針操作所有的內(nèi)置的Python對(duì)象結(jié)構(gòu)體了.

2.PyTypeObject

剛剛還有一個(gè)東西沒(méi)有講,那便是_typeobject(PyTypeObject)這個(gè)結(jié)構(gòu)體,它是Python中所有類型對(duì)象的抽象,這樣我們?cè)贑語(yǔ)言的層次里對(duì)于所有的類型對(duì)象結(jié)構(gòu)體都可以通過(guò)PyTypeObject的指針來(lái)調(diào)用

復(fù)制代碼代碼如下:

typedef struct _typeobject {  

//注意開(kāi)始部分為PyObject_VAR_HEAD  

PyObject_VAR_HEAD  

char *tp_name; /* For printing, in format  

"<module>.<name>" */  

int tp_basicsize, tp_itemsize; /* For allocation */  

/* Methods to implement standard operations */  

destructor tp_dealloc;  

printfunc tp_print;  

……  

/* More standard operations (here for  

binary compatibility) */  

hashfunc tp_hash;  

ternaryfunc tp_call;  

……  

} PyTypeObject;

3.Python內(nèi)置對(duì)象和C結(jié)構(gòu)體的對(duì)應(yīng)

現(xiàn)在Python面向?qū)ο髾C(jī)制的對(duì)象和類型的抽象都已經(jīng)說(shuō)過(guò)了,接下來(lái)我們來(lái)看下在python中真實(shí)存在的對(duì)象在C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的時(shí)候是怎么樣的呢?

首先需要談的是那些Python的內(nèi)置對(duì)象，這些都是C語(yǔ)言定義了的，當(dāng)Python環(huán)境初始化后，這些對(duì)象便創(chuàng)建好了。

復(fù)制代碼代碼如下:

PyAPI_DATA(PyTypeObject) PyType_Type; /* built-in 'type' */  

PyAPI_DATA(PyTypeObject) PyBaseObject_Type; /* built-in 'object' */

object對(duì)象在Python中是一個(gè)比較基礎(chǔ)的對(duì)象,它在C語(yǔ)言中對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體是PyBaseObject_Type,從C語(yǔ)言中的這個(gè)命名我們可以大概知道這個(gè)類是一個(gè)類型對(duì)象.

還有就是Python中的<type 'type'>在C語(yǔ)言中對(duì)應(yīng)著PyType_Type

復(fù)制代碼代碼如下:

PyTypeObject PyType_Type = {  

PyObject_HEAD_INIT(&PyType_Type)  

0, /* ob_size */  

"type", /* tp_name */  

sizeof(PyHeapTypeObject), /* tp_basicsize */  

sizeof(PyMemberDef), /* tp_itemsize */  

……  

};

我們?cè)倏纯幢容^具體的整數(shù)

一個(gè)整數(shù)instance在C語(yǔ)言中的表示的結(jié)構(gòu)體是PyIntObject

復(fù)制代碼代碼如下:

typedef struct {  

PyObject_HEAD  

long ob_ival;  

} PyIntObject;

也就是說(shuō)通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)體我們就可以在C語(yǔ)言的的運(yùn)行時(shí)中指向Python的整數(shù)對(duì)象.

那么相應(yīng)的我們Python的整數(shù)類型對(duì)象為

復(fù)制代碼代碼如下:

yTypeObject PyInt_Type = {  

PyObject_HEAD_INIT(&PyType_Type)  

0,  

"int",  

sizeof(PyIntObject),  

……  

};

4.自定義對(duì)象

當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè)Python對(duì)象的時(shí)候,最終都是通過(guò)Python的底層來(lái)做的,

當(dāng)我們通過(guò)Python語(yǔ)言定義了自己的一個(gè)class A之后,Python首先根據(jù)你寫(xiě)的代碼創(chuàng)建了一個(gè)A這樣的class對(duì)象（類對(duì)象）,然后當(dāng)你需要?jiǎng)?chuàng)建A的實(shí)例的時(shí)候,其實(shí)在Python的底層都是通過(guò)A這個(gè)Class對(duì)象進(jìn)行創(chuàng)建的。

二.Python視角中的對(duì)象體系

在單純的Python的世界中,一切都是對(duì)象.這些對(duì)象可以分為三類,

metaclasses,classes,instance

其中classes又可以分為內(nèi)置的type和用戶自定義的class

下面我們通過(guò)一張圖片來(lái)作詳細(xì)的說(shuō)明