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Python內(nèi)置函數(shù)詳細(xì)解析

 更新時(shí)間：2022年05月12日 08:31:44   作者：??編程學(xué)習(xí)網(wǎng)????  
這篇文章主要介紹了Python內(nèi)置函數(shù)詳細(xì)解析，Python?自帶了很多的內(nèi)置函數(shù)，極大地方便了我們的開(kāi)發(fā)，下文小編總結(jié)了一些內(nèi)置函數(shù)的相關(guān)內(nèi)容，需要的小伙伴可以參考一下

前言：

Python 自帶了很多的內(nèi)置函數(shù)，極大地方便了我們的開(kāi)發(fā)，下面就來(lái)挑幾個(gè)內(nèi)置函數(shù)，看看底層是怎么實(shí)現(xiàn)的。
內(nèi)置函數(shù)位于 Python/bitlinmodule.c 中。

1.abs

abs 的功能是取一個(gè)整數(shù)的絕對(duì)值，或者取一個(gè)復(fù)數(shù)的模。

static PyObject *
builtin_abs(PyObject *module, PyObject *x)
{
    return PyNumber_Absolute(x);
}

該函數(shù)調(diào)用了 PyNumber_Absolute。

//Objects/abstract.c
PyObject *
PyNumber_Absolute(PyObject *o)
{
    PyNumberMethods *m;
    if (o == NULL) {
        return null_error();
    }
    //通過(guò)類(lèi)型對(duì)象獲取操作簇 PyNumberMethods
    m = o->ob_type->tp_as_number;
    //調(diào)用 nb_absolute 
    if (m && m->nb_absolute)
        return m->nb_absolute(o);

    return type_error("bad operand type for abs(): '%.200s'", o);
}

我們以整型為例，它的 nb_absoulte 指向 long_absolute。

//Objects/longobject.c
static PyObject *
long_abs(PyLongObject *v)
{
    if (Py_SIZE(v) < 0)
        //如果 v 小于 0，那么取相反數(shù)
        return long_neg(v);
    else
        //否則返回本身
        return long_long((PyObject *)v);
}

由于 Python3 的整數(shù)是以數(shù)組的方式存儲(chǔ)的，所以不會(huì)直接取相反數(shù)，還要做一些額外的處理，但從數(shù)學(xué)上直接理解為取相反數(shù)即可。

2.all

接收一個(gè)可迭代對(duì)象，如果里面的元素全部為真，則返回 True；只要有一個(gè)不為真，則返回 False。

static PyObject *
builtin_all(PyObject *module, PyObject *iterable)
{
    PyObject *it, *item;
    PyObject *(*iternext)(PyObject *);
    int cmp;
    //獲取可迭代對(duì)象的迭代器
    it = PyObject_GetIter(iterable);
    if (it == NULL)
        return NULL;
    //拿到內(nèi)部的 __next__ 方法
    iternext = *Py_TYPE(it)->tp_iternext;

    for (;;) {
        //迭代元素
        item = iternext(it);
        //返回 NULL，說(shuō)明出異常了
        //一種是迭代完畢拋出的 StopIteration
        //另一種是迭代過(guò)程中出現(xiàn)的異常
        if (item == NULL)
            break;
        //判斷 item 的布爾值是否為真
        //cmp > 0 表示為真
        //cmp == 0表示為假
        //cmp < 0 表示解釋器調(diào)用出錯(cuò)（極少發(fā)生）
        cmp = PyObject_IsTrue(item);
        Py_DECREF(item);
        if (cmp < 0) {
            Py_DECREF(it);
            return NULL;
        }
        //只要有一個(gè)元素為假，就返回 False
        if (cmp == 0) {
            Py_DECREF(it);
            Py_RETURN_FALSE;
        }
    }
    Py_DECREF(it);
    //PyErr_Occurred() 為真表示出現(xiàn)異常了
    if (PyErr_Occurred()) {
        //判斷異常是不是 StopIteration
        if (PyErr_ExceptionMatches(PyExc_StopIteration))
            //如果是，那么表示迭代正常結(jié)束
            //PyErr_Clear() 負(fù)責(zé)將異常清空
            PyErr_Clear();
        else
            return NULL;
    }
    //走到這，說(shuō)明所有的元素全部為真
    //返回 True，等價(jià)于 return Py_True
    Py_RETURN_TRUE;
}

因此 all 就是一層 for 循環(huán)，但它是 C 的循環(huán)，所以比我們寫(xiě)的 Python 代碼快。

3.any

接收一個(gè)可迭代對(duì)象，只要里面有一個(gè)元素為真，則返回 True；如果全為假，則返回 False。

static PyObject *
builtin_any(PyObject *module, PyObject *iterable)
{    
    //源碼和 builtin_all 是類(lèi)似的
    PyObject *it, *item;
    PyObject *(*iternext)(PyObject *);
    int cmp;
    //獲取可迭代對(duì)象的迭代器
    it = PyObject_GetIter(iterable);
    if (it == NULL)
        return NULL;
    //拿到內(nèi)部的 __next__ 方法
    iternext = *Py_TYPE(it)->tp_iternext;

    for (;;) {
        //迭代元素
        item = iternext(it);
        if (item == NULL)
            break;
        cmp = PyObject_IsTrue(item);
        Py_DECREF(item);
        if (cmp < 0) {
            Py_DECREF(it);
            return NULL;
        }
        //只要有一個(gè)為真，則返回 True
        if (cmp > 0) {
            Py_DECREF(it);
            Py_RETURN_TRUE;
        }
    }
    Py_DECREF(it);
    if (PyErr_Occurred()) {
        if (PyErr_ExceptionMatches(PyExc_StopIteration))
            PyErr_Clear();
        else
            return NULL;
    }
    //全部為假，則返回 False
    Py_RETURN_FALSE;
}

4.callable

判斷一個(gè)對(duì)象是否可調(diào)用。

static PyObject *
builtin_callable(PyObject *module, PyObject *obj)
{
    return PyBool_FromLong((long)PyCallable_Check(obj));
}
PyBool_FromLong 是將一個(gè)整數(shù)轉(zhuǎn)成布爾值，所以就看 PyCallable_Check 是返回 0，還是返回非 0。

int
PyCallable_Check(PyObject *x)
{
    if (x == NULL)
        return 0;
    return x->ob_type->tp_call != NULL;
}

邏輯非常簡(jiǎn)單，一個(gè)對(duì)象是否可調(diào)用，就看它的類(lèi)型對(duì)象有沒(méi)有實(shí)現(xiàn) __call__。

5.dir

如果不接收任何對(duì)象，返回當(dāng)前的 local 空間；否則返回某個(gè)對(duì)象的所有屬性的名稱(chēng)。

static PyObject *
builtin_dir(PyObject *self, PyObject *args)
{
    PyObject *arg = NULL;
    //要么不接收參數(shù)，要么接收一個(gè)參數(shù)
    //如果沒(méi)有接收參數(shù)，那么 arg 就是 NULL，否則就是我們傳遞的參數(shù)
    if (!PyArg_UnpackTuple(args, "dir", 0, 1, &arg))
        return NULL;
    return PyObject_Dir(arg);
}

該函數(shù)調(diào)用了 PyObject_Dir。

//Objects/object.c
PyObject *
PyObject_Dir(PyObject *obj)
{   
    //當(dāng) obj 為 NULL，說(shuō)明我們沒(méi)有傳參，那么返回 local 空間
    //否則返回對(duì)象的所有屬性的名稱(chēng)
    return (obj == NULL) ? _dir_locals() : _dir_object(obj);
}

先來(lái)看看 _dir_locals 函數(shù)。

//Objects/object.c
static PyObject *
_dir_locals(void)
{
    PyObject *names;
    PyObject *locals;
    //獲取當(dāng)前的 local 空間
    locals = PyEval_GetLocals();
    if (locals == NULL)
        return NULL;
    //拿到所有的 key，注意：PyMapping_Keys 返回的是列表
    names = PyMapping_Keys(locals);
    if (!names)
        return NULL;
    if (!PyList_Check(names)) {
        PyErr_Format(PyExc_TypeError,
            "dir(): expected keys() of locals to be a list, "
            "not '%.200s'", Py_TYPE(names)->tp_name);
        Py_DECREF(names);
        return NULL;
    }
    //排序
    if (PyList_Sort(names)) {
        Py_DECREF(names);
        return NULL;
    }
    //返回
    return names;
}

還是比較簡(jiǎn)單的，然后是 _dir_object，它的代碼比較多，這里就不看了。但是邏輯很簡(jiǎn)單，就是調(diào)用對(duì)象的 dir 方法，將得到的列表排序后返回。

6.id

查看對(duì)象的內(nèi)存地址，我們知道 Python 雖然一切皆對(duì)象，但是我們拿到的都是指向?qū)ο蟮闹羔?。比?id(name) 是查看變量 name 指向?qū)ο蟮牡刂?，說(shuō)白了不就是 name 本身嗎？所以直接將指針轉(zhuǎn)成整數(shù)之后返回即可，

static PyObject *
builtin_id(PyModuleDef *self, PyObject *v)

{   
    //將 v 轉(zhuǎn)成整數(shù)，返回即可
    PyObject *id = PyLong_FromVoidPtr(v);

    if (id && PySys_Audit("builtins.id", "O", id) < 0) {
        Py_DECREF(id);
        return NULL;
    }

    return id;
}

7.locals 和 globals

這兩者是查看當(dāng)前的 local 空間和 global 空間，顯然直接通過(guò)棧幀的 f_locals 和 f_globals 字段即可獲取。

static PyObject *
builtin_locals_impl(PyObject *module)
{
    PyObject *d;
    //在內(nèi)部會(huì)通過(guò)線(xiàn)程狀態(tài)對(duì)象拿到棧幀
    //再通過(guò)棧幀的 f_locals 字段拿到 local 空間
    d = PyEval_GetLocals();
    Py_XINCREF(d);
    return d;
}

static PyObject *
builtin_globals_impl(PyObject *module)
{
    PyObject *d;
    //和 PyEval_GetLocals 類(lèi)似
    d = PyEval_GetGlobals();
    Py_XINCREF(d);
    return d;
}

8.hash

獲取對(duì)象的哈希值。

static PyObject *
builtin_hash(PyObject *module, PyObject *obj)
{
    Py_hash_t x;
    //在內(nèi)部會(huì)調(diào)用 obj -> ob_type -> tp_hash(obj)
    x = PyObject_Hash(obj);
    if (x == -1)
        return NULL;
    return PyLong_FromSsize_t(x);
}

9.sum

接收一個(gè)可迭代對(duì)象，計(jì)算它們的和。但是這里面有一個(gè)需要注意的地方。

print(sum([1, 2, 3]))  # 6

try:
    print(sum(["1", "2", "3"]))
except TypeError as e:
    print(e)  # unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'

咦，字符串明明也支持加法呀，為啥不行呢？其實(shí) sum 還可以接收第二個(gè)參數(shù)，我們不傳的話(huà)就是 0。

也就是說(shuō) sum([1, 2, 3]) 其實(shí)是 0 + 1 + 2 + 3；那么同理，sum(["a", "b", "c"]) 其實(shí)是 0 + "a" + "b" + "c"；所以上面的報(bào)錯(cuò)信息是不支持類(lèi)型為 int 和 str 的實(shí)例進(jìn)行相加。

try:
    print(sum(["1", "2", "3"], ""))
except TypeError as e:
    print(e)  # sum() can't sum strings [use ''.join(seq) instead]

# 我們看到還是報(bào)錯(cuò)了，只能說(shuō)明理論上是可以的
# 但 Python 建議我們使用 join

# 我們用列表舉例吧
try:
    print(sum([[1], [2], [3]]))
except TypeError as e:
    print(e)  # unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'list'

# 告訴我們 int 的實(shí)例和 list 的實(shí)例不可以相加
# 將第二個(gè)參數(shù)換成空列表
print(sum([[1], [2], [3]], []))  # [1, 2, 3]

# 如果不是空列表呢？
print(
    sum([[1], [2], [3]], ["古明地覺(jué)"])
)  # ['古明地覺(jué)', 1, 2, 3]

所以 sum 是將第二個(gè)參數(shù)和第一個(gè)參數(shù)（可迭代對(duì)象）里面的元素依次相加，然后看一下底層實(shí)現(xiàn)。

static PyObject *
builtin_sum_impl(PyObject *module, PyObject *iterable, PyObject *start)
{   
    //result 就是返回值，初始等于第二個(gè)參數(shù)
    //如果可迭代對(duì)象為空，那么返回的就是第二個(gè)參數(shù)
    //比如 sum([], 123) 得到的就是 123
    PyObject *result = start;
    PyObject *temp, *item, *iter;
    //獲取可迭代對(duì)象的類(lèi)型對(duì)象
    iter = PyObject_GetIter(iterable);
    if (iter == NULL)
        return NULL;
    
    //如果 result 為 NULL，說(shuō)明我們沒(méi)有傳遞第二個(gè)參數(shù)
    if (result == NULL) {
        //那么 result 賦值為 0
        result = PyLong_FromLong(0);
        if (result == NULL) {
            Py_DECREF(iter);
            return NULL;
        }
    } else {
        //否則的話(huà)，檢測(cè)是不是 str、bytes、bytearray 類(lèi)型
        //如果是的話(huà)，依舊報(bào)錯(cuò)，并提示使用 join 方法
        if (PyUnicode_Check(result)) {
            PyErr_SetString(PyExc_TypeError,
                "sum() can't sum strings [use ''.join(seq) instead]");
            Py_DECREF(iter);
            return NULL;
        }
        if (PyBytes_Check(result)) {
            PyErr_SetString(PyExc_TypeError,
                "sum() can't sum bytes [use b''.join(seq) instead]");
            Py_DECREF(iter);
            return NULL;
        }
        if (PyByteArray_Check(result)) {
            PyErr_SetString(PyExc_TypeError,
                "sum() can't sum bytearray [use b''.join(seq) instead]");
            Py_DECREF(iter);
            return NULL;
        }
        Py_INCREF(result);
    }

#ifndef SLOW_SUM
    //這里是快分支
    //假設(shè)所有元素都是整數(shù)
    if (PyLong_CheckExact(result)) {
        //將所有整數(shù)都迭代出來(lái)，依次相加
        //...
    }

    if (PyFloat_CheckExact(result)) {
        //將所有浮點(diǎn)數(shù)都迭代出來(lái)，依次相加
        //...
    }
#endif
    
    //如果不全是整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)，執(zhí)行通用邏輯
    for(;;) {
        //迭代元素
        item = PyIter_Next(iter);
        if (item == NULL) {
            /* error, or end-of-sequence */
            if (PyErr_Occurred()) {
                Py_DECREF(result);
                result = NULL;
            }
            break;
        }
        //和 result 依次相加
        temp = PyNumber_Add(result, item);
        Py_DECREF(result);
        Py_DECREF(item);
        result = temp;
        if (result == NULL)
            break;
    }
    Py_DECREF(iter);
    //返回
    return result;
}

一個(gè)小小的 sum，代碼量還真不少呢，我們還省略了一部分。

10.getattr、setattr、delattr

這幾個(gè)應(yīng)該已經(jīng)很熟悉了，先來(lái)看看 getattr，它是獲取對(duì)象的某個(gè)屬性，并且還可以指定默認(rèn)值。

static PyObject *
builtin_getattr(PyObject *self, PyObject *const *args, Py_ssize_t nargs)
{
    PyObject *v, *name, *result;
    //參數(shù)個(gè)數(shù)必須是 2 或 3
    //對(duì)象、屬性名、可選的默認(rèn)值
    if (!_PyArg_CheckPositional("getattr", nargs, 2, 3))
        return NULL;
    //獲取對(duì)象和屬性名
    v = args[0];
    name = args[1];
    //name必須是字符串
    if (!PyUnicode_Check(name)) {
        PyErr_SetString(PyExc_TypeError,
                        "getattr(): attribute name must be string");
        return NULL;
    }
    //調(diào)用對(duì)象的 __getattr__，找不到返回默認(rèn)值
    if (nargs > 2) {
        if (_PyObject_LookupAttr(v, name, &result) == 0) {
            PyObject *dflt = args[2];
            Py_INCREF(dflt);
            return dflt;
        }
    }
    else {
        result = PyObject_GetAttr(v, name);
    }
    return result;
}

同理 setattr 是調(diào)用對(duì)象的 __setattr__，delattr 是調(diào)用對(duì)象的 __delattr__。

到此這篇關(guān)于Python內(nèi)置函數(shù)詳細(xì)解析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python內(nèi)置函數(shù)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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