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Python 对象初探

对象：PyObject 和 PyVarObject

PyObject 结构体的相关代码：

# object.h

#define PyObject_HEAD			\
	_PyObject_HEAD_EXTRA		\
	Py_ssize_t ob_refcnt;		\
	struct _typeobject *ob_type;

typedef struct _object {
	PyObject_HEAD
} PyObject;

PyObject 主要包含：

  • ob_refcnt 引用计数
  • ob_type 类型信息

PyObject 用来表示定长对象（对象占用的内存空间固定），例如整数对象。而其它的变长对象如字符串使用 PyVarObject 来表示。

PyVarObject 结构体相关代码：

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

typedef struct {
	PyObject_VAR_HEAD
} PyVarObject;

PyVarObject 比 PyObject 多了一个 ob_size 信息，ob_size 表示元素的数量，而不是切确的字节数。

类型对象：PyTypeObject

PyTypeObject 是所有对象的类型元信息。代码如下：

typedef struct _typeobject {
	PyObject_VAR_HEAD
	const char *tp_name; /* For printing, in format "<module>.<name>" */
	Py_ssize_t tp_basicsize, tp_itemsize; /* For allocation */

	/* Methods to implement standard operations */

	destructor tp_dealloc;
	printfunc tp_print;
	getattrfunc tp_getattr;
	setattrfunc tp_setattr;
	cmpfunc tp_compare;
	reprfunc tp_repr;

	/* Method suites for standard classes */

	PyNumberMethods *tp_as_number;
	PySequenceMethods *tp_as_sequence;
	PyMappingMethods *tp_as_mapping;

	/* More standard operations (here for binary compatibility) */

	hashfunc tp_hash;
	ternaryfunc tp_call;
	reprfunc tp_str;
	getattrofunc tp_getattro;
	setattrofunc tp_setattro;

	/* Functions to access object as input/output buffer */
	PyBufferProcs *tp_as_buffer;

	/* Flags to define presence of optional/expanded features */
	long tp_flags;

	const char *tp_doc; /* Documentation string */

	/* Assigned meaning in release 2.0 */
	/* call function for all accessible objects */
	traverseproc tp_traverse;

	/* delete references to contained objects */
	inquiry tp_clear;

	/* Assigned meaning in release 2.1 */
	/* rich comparisons */
	richcmpfunc tp_richcompare;

	/* weak reference enabler */
	Py_ssize_t tp_weaklistoffset;

	/* Added in release 2.2 */
	/* Iterators */
	getiterfunc tp_iter;
	iternextfunc tp_iternext;

	/* Attribute descriptor and subclassing stuff */
	struct PyMethodDef *tp_methods;
	struct PyMemberDef *tp_members;
	struct PyGetSetDef *tp_getset;
	struct _typeobject *tp_base;
	PyObject *tp_dict;
	descrgetfunc tp_descr_get;
	descrsetfunc tp_descr_set;
	Py_ssize_t tp_dictoffset;
	initproc tp_init;
	allocfunc tp_alloc;
	newfunc tp_new;
	freefunc tp_free; /* Low-level free-memory routine */
	inquiry tp_is_gc; /* For PyObject_IS_GC */
	PyObject *tp_bases;
	PyObject *tp_mro; /* method resolution order */
	PyObject *tp_cache;
	PyObject *tp_subclasses;
	PyObject *tp_weaklist;
	destructor tp_del;

#ifdef COUNT_ALLOCS
	/* these must be last and never explicitly initialized */
	Py_ssize_t tp_allocs;
	Py_ssize_t tp_frees;
	Py_ssize_t tp_maxalloc;
	struct _typeobject *tp_prev;
	struct _typeobject *tp_next;
#endif
} PyTypeObject;

PyTypeObject 主要包含以下信息：

  • 类型名，tp_name，主要是 Python 内部以及调试的时候使用；

  • 创建该类型对象时分配内存空间大小的信息，即 tp_basicsize 和 tp_itemsize；

  • 与该类型对象相关联的操作信息（就是诸如 tp_print 这样的许多的函数指针）；

PyTypeObject 可以理解为 PyObject 的类型， 在 Python 层面的话，PyObject 对应为 instance，PyTypeObject 对应为 class。

在 PyTypeObject 结构体定义的第一行可以看到 PyObject_VAR_HEAD，说明 PyTypeObject 也是一个对象（PyVarObject），这又印证了一句话：在 Python 中所有东西都是对象。每一个对象都是有类型的，既然 PyTypeObject 是一个对象，那么它的类型是什么呢？换句话说，类型的类型是什么？答案是元类，即 PyType_Type，对应 Python 中的 type。

PyType_Type 的定义：

PyTypeObject PyType_Type = {
	PyObject_HEAD_INIT(&PyType_Type)
	0,					/* ob_size */
	"type",					/* tp_name */
	sizeof(PyHeapTypeObject),		/* tp_basicsize */
	sizeof(PyMemberDef),			/* tp_itemsize */
	(destructor)type_dealloc,		/* tp_dealloc */
	0,					/* tp_print */
	0,			 		/* tp_getattr */
	0,					/* tp_setattr */
	type_compare,				/* tp_compare */
	(reprfunc)type_repr,			/* tp_repr */
	0,					/* tp_as_number */
	0,					/* tp_as_sequence */
	0,					/* tp_as_mapping */
	(hashfunc)_Py_HashPointer,		/* tp_hash */
	(ternaryfunc)type_call,			/* tp_call */
	0,					/* tp_str */
	(getattrofunc)type_getattro,		/* tp_getattro */
	(setattrofunc)type_setattro,		/* tp_setattro */
	0,					/* tp_as_buffer */
	Py_TPFLAGS_DEFAULT | Py_TPFLAGS_HAVE_GC |
		Py_TPFLAGS_BASETYPE,		/* tp_flags */
	type_doc,				/* tp_doc */
	(traverseproc)type_traverse,		/* tp_traverse */
	(inquiry)type_clear,			/* tp_clear */
	0,					/* tp_richcompare */
	offsetof(PyTypeObject, tp_weaklist),	/* tp_weaklistoffset */
	0,					/* tp_iter */
	0,					/* tp_iternext */
	type_methods,				/* tp_methods */
	type_members,				/* tp_members */
	type_getsets,				/* tp_getset */
	0,					/* tp_base */
	0,					/* tp_dict */
	0,					/* tp_descr_get */
	0,					/* tp_descr_set */
	offsetof(PyTypeObject, tp_dict),	/* tp_dictoffset */
	0,					/* tp_init */
	0,					/* tp_alloc */
	type_new,				/* tp_new */
	PyObject_GC_Del,        		/* tp_free */
	(inquiry)type_is_gc,			/* tp_is_gc */
};
In [259]: int.__class__
Out[259]: type

In [260]: object.__class__
Out[260]: type

In [261]: type.__class__
Out[261]: type
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