PyObject, PyTypeObject - Python 中的 '对象' 们

  

  1 PyObject, PyTypeObject - Python 中的 ‘对象‘ 们
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  3     ‘一切皆对象‘ - 这是 Python 的学习和使用者们最最常听到一句, 可谓 博大精深 - ‘勃大精深‘.
  4     ‘对象(Object)‘ 是 Python 最核心的一个概念, 在 Python 中 ‘一切皆是对象‘.
  5     整数,字符串,类型type(整数类型, 字符串类型)统统都是‘对象‘.
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  7     Python 已经预先定义了一些‘类型对象‘, 如 int 类型, dict 类型, string 类型等等，
  8     这些预先定义的类型对象被称为‘内建类型对象‘. ‘类型对象‘ 实现了面向对象理论中‘类‘的概念,
  9     通过对类型对象的 ‘实例化‘ 创建‘实例对象‘, 如 int 对象, dict 对象, string 对象等.
 10     ‘实例对象‘可以被视为面向对象理论中‘对象‘这个概念在 python 中的体现.
 11     另外, python 实现了通过 class A(object) 关键字实现自定义类型对象, 通过调用自定义的类型对象实例化类型对象 A().
 12         注： python ‘类型‘(type) -> ‘类‘(class) ; python ‘实例‘(instance) -> ‘对象‘(object)
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 14     怎样理解 ‘对象‘(object) 的概念
 15         ‘对象’ 这一概念对人的思维是一个比较形象的概念, 然后计算机不能像人的思维一样去‘理解‘对象这一概念.
 16         计算机并不能理解 3 是一个整数, 而 ‘3‘ 是一个字符串, 对于它来说这些都是‘字节‘(byte).
 17         通常, ‘对象‘ 是数据以及基于这些数据的操作的集合. 对于计算机来说, 一个 ‘对象‘ 实际上就是一片被分配的内存空间,
 18         这些内存可以是连续的, 也可以是离散的. 这片内存在更高的层面上被作为一个‘整体‘来考虑和处理, 这个整体就是一个‘对象‘(对计算机来说)
 19         而在这片内存中存储着一系列的数据以及可以对这些数据进行操作(修改,读取,运行等)的代码(字节码).
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 21     如大家所知道的那样, Python 是有 C 实现的, 那么‘对象‘ 在 C 层面是什么样子呢?
 22         PyObject 对象
 23             Python 中, ‘对象‘ 就是为 C 中的结构体(structure)在栈堆上申请的一块儿内存区域.
 24                 object.h (Python 3.6)
 25                     typedef struct _object {
 26                         _PyObject_HEAD_EXTRA
 27                         Py_ssize_t ob_refcnt;              # ob_refcnt 引用计数(垃圾回收机制)
 28                         struct _typeobject *ob_type;       # ob_type 是一个指向 _typeobject 结构体的指针
 29                     } PyObject;
 30             在 C 中定义 PyObject 结构体中 ob_refcnt 与 Python 内存管理机制有关, 它实现了基于 ‘引用计数‘ 的 ‘垃圾回收机制‘.
 31             对于某一特定对象 A, 当有另一个 PyObject ‘引用‘ 了该对象的时候, A 的‘引用计数‘( ob_refcnt ) 增加;
 32             相反地, 如果 当这个 PyObject 被销毁的时候, 对象 A 的‘引用计数‘( ob_refcnt ) 减少.
 33             当对象 A 的‘引用计数‘( ob_refcnt ) 减少到 0 的时候, Python 的垃圾回收机制将把对象 A 从栈堆中删除, 以便释放内存供其他对象使用.
 34             除 ‘引用计数‘( ob_refcnt ) 之外, ob_type 是一个指向 _typeobject 结构体的指针.
 35             这个结构体对应着 Python 内部的一种特殊对象, 用来指定一个‘对象‘ 类型的 ‘类型对象‘, 如 对象 5 的类型对象 是 int 类型对象.
 36             结论, 在 Python 中, 对象机制的核心， 一是 ‘引用计数‘( ob_refcnt ), 另一个是 ‘类型信息‘(ob_type).
 37             通过‘类型信息‘(ob_type) 进一步对应到 一个对象的‘内容‘,‘大小‘ 等信息.
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 39         PyTypeObject 类型信息
 40             PyObject 中包括了所有‘对象‘ 共有的信息的定义(ob_refcnt, ob_type).
 41             在结构体 _typeobject 中, 主要定义了 4 类信息,
 42                 1, 类型名(tp_name), 主要供 Python 内部, 以及调试使用.
 43                 2, 创建该类型‘对象‘ 时分配的内存空间相关信息, 即 tp_basicsize, tp_itemsize
 44                 3, 与该类型‘对象‘相关联的操作信息, 如 tp_print; tp_getattr; tp_setattr 这些函数指针
 45                 4, 该类型对象的‘类型信息‘ (通过 PyType_Type 来确定一个对象的 ‘类型对象‘)
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 47                 object.h (Python 3.6)
 48                     typedef struct _typeobject {
 49                         PyObject_VAR_HEAD
 50                         const char *tp_name; /* For printing, in format "<module>.<name>" */
 51                         Py_ssize_t tp_basicsize, tp_itemsize; /* For allocation */
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 53                         /* Methods to implement standard operations */
 54                         destructor tp_dealloc;
 55                         printfunc tp_print;
 56                         getattrfunc tp_getattr;
 57                         setattrfunc tp_setattr;
 58                         PyAsyncMethods *tp_as_async; /* formerly known as tp_compare (Python 2)
 59                                                         or tp_reserved (Python 3) */
 60                         reprfunc tp_repr;
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 62                         /* Method suites for standard classes */
 63                         PyNumberMethods *tp_as_number;
 64                         PySequenceMethods *tp_as_sequence;
 65                         PyMappingMethods *tp_as_mapping;
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 67                         /* More standard operations (here for binary compatibility) */
 68                         hashfunc tp_hash;
 69                         ternaryfunc tp_call;
 70                         reprfunc tp_str;
 71                         getattrofunc tp_getattro;
 72                         setattrofunc tp_setattro;
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 74                         /* Functions to access object as input/output buffer */
 75                         PyBufferProcs *tp_as_buffer;
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 77                         /* Flags to define presence of optional/expanded features */
 78                         unsigned long tp_flags;
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 80                         const char *tp_doc; /* Documentation string */
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 82                         /* Assigned meaning in release 2.0 */
 83                         /* call function for all accessible objects */
 84                         traverseproc tp_traverse;
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 86                         /* delete references to contained objects */
 87                         inquiry tp_clear;
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 89                         /* Assigned meaning in release 2.1 */
 90                         /* rich comparisons */
 91                         richcmpfunc tp_richcompare;
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 93                         /* weak reference enabler */
 94                         Py_ssize_t tp_weaklistoffset;
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 96                         /* Iterators */
 97                         getiterfunc tp_iter;
 98                         iternextfunc tp_iternext;
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100                         /* Attribute descriptor and subclassing stuff */
101                         struct PyMethodDef *tp_methods;
102                         struct PyMemberDef *tp_members;
103                         struct PyGetSetDef *tp_getset;
104                         struct _typeobject *tp_base;
105                         PyObject *tp_dict;
106                         descrgetfunc tp_descr_get;
107                         descrsetfunc tp_descr_set;
108                         Py_ssize_t tp_dictoffset;
109                         initproc tp_init;
110                         allocfunc tp_alloc;
111                         newfunc tp_new;
112                         freefunc tp_free; /* Low-level free-memory routine */
113                         inquiry tp_is_gc; /* For PyObject_IS_GC */
114                         PyObject *tp_bases;
115                         PyObject *tp_mro; /* method resolution order */
116                         PyObject *tp_cache;
117                         PyObject *tp_subclasses;
118                         PyObject *tp_weaklist;
119                         destructor tp_del;
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121                         /* Type attribute cache version tag. Added in version 2.6 */
122                         unsigned int tp_version_tag;
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124                         destructor tp_finalize;
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126                     #ifdef COUNT_ALLOCS
127                         /* these must be last and never explicitly initialized */
128                         Py_ssize_t tp_allocs;
129                         Py_ssize_t tp_frees;
130                         Py_ssize_t tp_maxalloc;
131                         struct _typeobject *tp_prev;
132                         struct _typeobject *tp_next;
133                     #endif
134                     } PyTypeObject;