Python源碼分析：PyObject對象的起源與多態的實現

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在python中一切皆是對象，那麼這種機制是如何?的呢？下面就讓我們從python的老巢“源碼”來看看這個神秘的機制。

typedef struct _object {

PyObject_HEAD

 } PyObject;

 

typedef struct {

PyObject_VAR_HEAD

} PyVarObject;

 

看到上面這兩個結構體了嗎？它們就是萬源之源，所有python對象的祖先，為什麼有兩個祖先呢？這就要從現即時間的資料對象談起，我們有些資料，像數字、固定矩陣這類資料其元素個數是固定不變的，而像字串、集合、字典這類資料其元素個數是會上下浮動的。這樣python的發明者在設計python時就為這兩類資料創造了兩個祖先（像人有男人與女人一樣，好像不太確切，但本質就是有兩個祖先了）：定長資料類型與變長資料類型。

這兩個結構體裡面的兩個變數，其實都是些宏。從源中我們可以找到這些宏的展開：

#define PyObject_HEAD \

_PyObject_HEAD_EXTRA \

Py_ssize_t ob_refcnt; \

 

struct _typeobject *ob_type;

#define PyObject_VAR_HEAD \

PyObject_HEAD \

Py_ssize_t ob_size;

看得出來，類型多了的這個ob_size就說明了它的變長特性（元素的個數）。

下面我們來仔細看看PyObject_HEAD這個宏的內容：

_PyObject_HEAD_EXTRA：這個宏展開時要麼是雙向鏈表的前後指標要麼是空，是在跟蹤所有對象時使用：想像一下，一個雙向鏈表把python所有的對象串聯起來的情境，好宏大呀！

ob_refcnt：這個屬性記錄該對象被他人引用的次數（後面發現，這個東西是用來進行記憶體管理的：引用計數式的記憶體回收機制）

ob_type：這個玩意是個重頭戲，它實現了python的多態（何謂多態：對於不同的類型的對象，相同名稱的方法其表現行為不同），何以見得呢？下面就讓我們重點分析下這個ob_type，首先看看ob_type的原型是什麼：

typedef struct _typeobject {

PyObject_VAR_HEAD

const char *tp_name;

Py_ssize_t tp_basicsize, tp_itemsize;

printfunc tp_print;

。。。

 

PyNumberMethods *tp_as_number;

PySequenceMethods *tp_as_sequence;

PyMappingMethods *tp_as_mapping;

。。。

} PyTypeObject;

這個結構體在原始碼中整整佔了84行，天呢！它是個什麼，這麼多內容。我們重點看幾個欄位：

PyObject_VAR_HEAD

：嗯，這不是變長資料類型它老祖先裡的頭‘骨’嗎？怎麼這裡還有呢？沒錯，你猜對了，我們指明某個物件類型的對象原型 PyTypeObject也是一個對象。至於為什麼是變長類型的對象祖先的頭’骨‘，還沒搞清楚^0^。

tp_print：多態的內部原理開始顯露了吧！就是通過這個type對象來為具體不同的對象提供不同的方法實現，盡量方法名字都一樣。

PyNumberMethods，PySequenceMethods，PyMappingMethods：其實和上面這個tp_print一樣，只不它們是個函數族（由函數集構成）,類數字操作（比如支援+-×/）、類序列操作（比如[n:m]切片操作）、字典操作（比如dict[key]操作）。

下面就int類型對象對上面這些原理進行驗證：

typedef struct {

PyObject_HEAD

long ob_ival;

} PyIntObject;

這就是我們的int類型對象，其頭部呢？在python源中可以看出，用一系列宏來實現頭部的初始化：

#define PyObject_HEAD_INIT(type) \

_PyObject_EXTRA_INIT \

1, type,

這裡的type，從源碼中看出，有一個PyType_Type類型，它就是那個描述類型的類型的對象。有點繞了，但是仔細理解下來，也沒什麼，無外乎：一個int資料，有一個專門描述int類型資料的類型對象，但是不光有int類型的類型對象還有string類型的類型對象。那麼就需要有一個要對象來描述這些類型對象，這就是PyType_Type，也就是它可以測試一個對象是不是類型對象。

Python源碼分析：PyObject對象的起源與多態的實現