Python對象體系深入分析

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

Guido用C語言創造了Python,在Python的世界中一切皆為對象.

一.C視角中的Python對象

讓我們一起追溯到源頭,Python由C語言實現,且向外提供了C的API http://docs.python.org/c-api/index.html .

我們思考問題的時候,可能對於對象這種東西很容易理解,而電腦能理解的只有0,1序列這樣的位元組序列,從根本上講，我們所說的電腦語言中的對象只是在記憶體中的一塊記憶體空間裡的0，1序列而已,這些連續或者非連續的記憶體空間在更高層次上可以看作是一個整體.在Python中,我們所提到的一般的對象都是C中的結構體在堆Heap上申請的一塊記憶體空間.

為了能夠用C語言實現Python的物件導向的機制,需要定義一些結構體，能夠操作那些對象的記憶體空間。

1.PyObject&PyVarObject

所有的Python對象都有一些共同的東西,我們將其高度抽象成一個結構體PyObject

代碼如下:

typedef struct _object{
PyObject_HEAD
} PyObject;
//其實PyObject_HEAD這個宏在發行版本中的為
int ob_refcnt;
struct _typeobject *ob_type;

ob_refcnt,就是對象引用計數,它的存在是為了實現了Python的基於引用技術的記憶體回收機制.

還有一個是指向一個類型對象結構體的指標,用以代表該對象的類型.

在C語言的實現的時候,還有一個結構體擴充於PyObject

那便是PyVarObject,其內容為PyObject_VAR_HEAD這個宏，它比PyObject多了一個ob_size,用來表示變長對象的長度,詳情見http://docs.python.org/c-api/structures.html

還有一點請大家不要搞混,這裡的PyObject和PyVarObject和Python世界中的真實對象沒有對應關係,這兩個只是Python對象全體在C語言表示中的一種抽象.也就是說在C語言中,只要是一個Python對象結構體的資料,那麼其記憶體的開始部分都會有上面結構體的幾個變數,所以一個PyObject的指標便可以指向所有的C語言中的表示Python對象的結構體,這樣在C語言的實現中,我們便可以通過這個統一的指標操作所有的內建的Python對象結構體了.

2.PyTypeObject

剛剛還有一個東西沒有講,那便是_typeobject(PyTypeObject)這個結構體,它是Python中所有類型對象的抽象,這樣我們在C語言的層次裡對於所有的類型對象結構體都可以通過PyTypeObject的指標來調用

代碼如下:

typedef struct _typeobject {
//注意開始部分為PyObject_VAR_HEAD
PyObject_VAR_HEAD
char *tp_name; /* For printing, in format
"." */
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內建對象和C結構體的對應

現在Python物件導向機制的對象和類型的抽象都已經說過了,接下來我們來看下在python中真實存在的對象在C語言實現的時候是怎麼樣的呢?

首先需要談的是那些Python的內建對象，這些都是C語言定義了的，當Python環境初始化後，這些對象便建立好了。

代碼如下:

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

object對象在Python中是一個比較基礎的對象,它在C語言中對應的結構體是PyBaseObject_Type,從C語言中的這個命名我們可以大概知道這個類是一個類型對象.

還有就是Python中的在C語言中對應著PyType_Type

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 */
……
};

我們再看看比較具體的整數

一個整數instance在C語言中的表示的結構體是PyIntObject

代碼如下:

typedef struct {
PyObject_HEAD
long ob_ival;
} PyIntObject;

也就是說通過這樣的結構體我們就可以在C語言的的運行時中指向Python的整數對象.

那麼相應的我們Python的整數類型對象為

代碼如下:

yTypeObject PyInt_Type = {
PyObject_HEAD_INIT(&PyType_Type)
0,
"int",
sizeof(PyIntObject),
……
};

4.自訂對象

當我們建立一個Python對象的時候,最終都是通過Python的底層來做的,

當我們通過Python語言定義了自己的一個class A之後,Python首先根據你寫的代碼建立了一個A這樣的class對象（類對象）,然後當你需要建立A的執行個體的時候,其實在Python的底層都是通過A這個Class對象進行建立的。

二.Python視角中的對象體系

在單純的Python的世界中,一切都是對象.這些對象可以分為三類,

metaclasses,classes,instance

其中classes又可以分為內建的type和使用者自訂的class

下面我們通過一張圖片來作詳細的說明

註：

其中C的定義的方式如下(python 中繼承於某類直接寫在類名後面的括弧中):

代碼如下:

class C(object):
......

其中實線表示 is-kind-of 的關係 ,虛線表示is-instance-of的關係.

查看當前classes對象(instances對象沒有__bases__屬性)的基類的時候,可以用過classes_name.__bases__進行查看,其值為一個Tuple元組(Python支援多繼承).

查看當前對象的類型的方法是object_name.__class__

我們可以通過一些測試來證實上面的圖:

type為所有類的類。

希望本文所述對大家的Python程式設計有所協助。

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