“深入認(rèn)識(shí)Python內(nèi)建類型”這部分的內(nèi)容會(huì)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(chǔ)知識(shí)

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(guān)于浮點(diǎn)對(duì)象的元信息，關(guān)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(duì)象創(chuàng)建和銷毀的相關(guān)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(duì)象的創(chuàng)建

通過類型對(duì)象創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象：

通過C API創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象：

PyObject *
PyFloat_FromDouble(double fval);
PyObject *
PyFloat_FromString(PyObject *v);

1.4 對(duì)象的銷毀

當(dāng)對(duì)象不再需要時(shí)，Python通過Py_DECREF或者Py_XDECREF宏來減少引用計(jì)數(shù)；

當(dāng)引用計(jì)數(shù)降為0時(shí)，Python通過_Py_Dealloc宏回收對(duì)象。（有關(guān)引用計(jì)數(shù)的內(nèi)容后續(xù)會(huì)詳細(xì)介紹）

_Py_Dealloc宏實(shí)際上調(diào)用的是*Py_TYPE(op)->tp_dealloc，對(duì)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(jié)

最后將對(duì)象從創(chuàng)建到銷毀整個(gè)生命周期所涉及的關(guān)鍵函數(shù)、宏以及調(diào)用關(guān)系整理如下：

2 空閑對(duì)象緩存池

問題：浮點(diǎn)運(yùn)算背后涉及大量臨時(shí)對(duì)象創(chuàng)建和銷毀。

area = pi * r ** 2

這個(gè)語句首先計(jì)算半徑r的平方，中間結(jié)果由一個(gè)臨時(shí)對(duì)象來保存，假設(shè)是t；然后計(jì)算pi與t的乘積，得到最終結(jié)果并賦值給變量area；

最后，銷毀臨時(shí)對(duì)象t。創(chuàng)建對(duì)象時(shí)需要分配內(nèi)存，銷毀對(duì)象時(shí)又要回收內(nèi)存，大量臨時(shí)對(duì)象創(chuàng)建和銷毀，意味著大量?jī)?nèi)存分配回收操作，這是不能接受的。

因此，Python在浮點(diǎn)對(duì)象銷毀之后，并不急于回收內(nèi)存，而是將對(duì)象放入一個(gè)空閑鏈表，后續(xù)需要?jiǎng)?chuàng)建浮點(diǎn)對(duì)象時(shí)，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(diǎn)對(duì)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(diǎn)的指針

numfree變量：維護(hù)空閑鏈表當(dāng)前長(zhǎng)度

PyFloat_MAXFREELIST宏：限制空閑鏈表的最大長(zhǎng)度，避免占用過多內(nèi)存

為了保持簡(jiǎn)潔，Python把ob_type字段當(dāng)作next指針來用，將空閑對(duì)象串成鏈表。float空閑鏈表圖示如下：

個(gè)人體會(huì)：

Python中這樣的池技術(shù)很多地方都在用，并且在實(shí)際工程中，這也是一種廣泛使用的方式，大家可以具體體會(huì)下。

“把ob_type字段當(dāng)作next指針來用“，這種方式可以學(xué)習(xí)，但是也要結(jié)合實(shí)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?jiǎng)?chuàng)建浮點(diǎn)對(duì)象時(shí)，可以從鏈表中取出空閑對(duì)象，省去申請(qǐng)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(diǎn)備用，free_list指向第二個(gè)節(jié)點(diǎn)（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(gè)節(jié)點(diǎn)），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(huì)通過PyObject_INIT對(duì)op進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置（包括修改ob_type），然后設(shè)置ob_fval為fval

圖示如下：（對(duì)比2.1中的圖示，可以看到free_list指向了第二個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的ob_type字段也不再指向第二個(gè)節(jié)點(diǎn)，而是指向?qū)?yīng)的類型對(duì)象）

對(duì)象銷毀時(shí)，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(zhǎng)度達(dá)到限制值，調(diào)用PyObject_FREE回收對(duì)象內(nèi)存

若空閑鏈表長(zhǎng)度未達(dá)到限制值，則將對(duì)象插到空閑鏈表頭部（這里可以順帶復(fù)習(xí)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(gè)浮點(diǎn)數(shù)對(duì)象被銷毀時(shí)，并沒有直接回收其內(nèi)存，而是將對(duì)象緩存在空閑鏈表中，此時(shí)3.14這個(gè)浮點(diǎn)數(shù)對(duì)象為空閑鏈表頭節(jié)點(diǎn)；

當(dāng)創(chuàng)建浮點(diǎn)對(duì)象2.71時(shí)，此時(shí)空閑鏈表非空，則取出空閑鏈表的頭節(jié)點(diǎn)，修改ob_fval值為2.71，因此兩個(gè)對(duì)象的id是一樣的。

以上就是Python內(nèi)建類型float源碼學(xué)習(xí)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Python內(nèi)建類型float的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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