1 PyObject, PyTypeObject - Python 中的 '对象' 们



     '一切皆对象' - 这是 Python 的学习和使用者们最最常听到一句, 可谓 博大精深 - '勃大精深'.

     '对象(Object)' 是 Python 最核心的一个概念, 在 Python 中 '一切皆是对象'.

     整数,字符串,类型type(整数类型, 字符串类型)统统都是'对象'.

     Python 已经预先定义了一些'类型对象', 如 int 类型, dict 类型, string 类型等等，

     这些预先定义的类型对象被称为'内建类型对象'. '类型对象' 实现了面向对象理论中'类'的概念,

     通过对类型对象的 '实例化' 创建'实例对象', 如 int 对象, dict 对象, string 对象等.

     '实例对象'可以被视为面向对象理论中'对象'这个概念在 python 中的体现.

     另外, python 实现了通过 class A(object) 关键字实现自定义类型对象, 通过调用自定义的类型对象实例化类型对象 A().

         注： python '类型'(type) -> '类'(class) ; python '实例'(instance) -> '对象'(object)

     怎样理解 '对象'(object) 的概念

         ‘对象’ 这一概念对人的思维是一个比较形象的概念, 然后计算机不能像人的思维一样去'理解'对象这一概念.

         计算机并不能理解  是一个整数, 而 '' 是一个字符串, 对于它来说这些都是'字节'(byte).

         通常, '对象' 是数据以及基于这些数据的操作的集合. 对于计算机来说, 一个 '对象' 实际上就是一片被分配的内存空间,

         这些内存可以是连续的, 也可以是离散的. 这片内存在更高的层面上被作为一个'整体'来考虑和处理, 这个整体就是一个'对象'(对计算机来说)

         而在这片内存中存储着一系列的数据以及可以对这些数据进行操作(修改,读取,运行等)的代码(字节码).

     如大家所知道的那样, Python 是有 C 实现的, 那么'对象' 在 C 层面是什么样子呢?

         PyObject 对象

             Python 中, '对象' 就是为 C 中的结构体(structure)在栈堆上申请的一块儿内存区域.

                 object.h (Python 3.6)

                     typedef struct _object {

                         _PyObject_HEAD_EXTRA

                         Py_ssize_t ob_refcnt;              # ob_refcnt 引用计数(垃圾回收机制)

                         struct _typeobject *ob_type;       # ob_type 是一个指向 _typeobject 结构体的指针

                     } PyObject;

             在 C 中定义 PyObject 结构体中 ob_refcnt 与 Python 内存管理机制有关, 它实现了基于 '引用计数' 的 '垃圾回收机制‘.

             对于某一特定对象 A, 当有另一个 PyObject '引用' 了该对象的时候, A 的'引用计数'( ob_refcnt ) 增加;

             相反地, 如果 当这个 PyObject 被销毁的时候, 对象 A 的'引用计数'( ob_refcnt ) 减少.

             当对象 A 的'引用计数'( ob_refcnt ) 减少到  的时候, Python 的垃圾回收机制将把对象 A 从栈堆中删除, 以便释放内存供其他对象使用.

             除 '引用计数'( ob_refcnt ) 之外, ob_type 是一个指向 _typeobject 结构体的指针.

             这个结构体对应着 Python 内部的一种特殊对象, 用来指定一个'对象' 类型的 '类型对象', 如 对象  的类型对象 是 int 类型对象.

             结论, 在 Python 中, 对象机制的核心， 一是 '引用计数'( ob_refcnt ), 另一个是 '类型信息'(ob_type).

             通过'类型信息'(ob_type) 进一步对应到 一个对象的'内容','大小' 等信息.



         PyTypeObject 类型信息

             PyObject 中包括了所有'对象' 共有的信息的定义(ob_refcnt, ob_type).

             在结构体 _typeobject 中, 主要定义了  类信息,

                 , 类型名(tp_name), 主要供 Python 内部, 以及调试使用.

                 , 创建该类型'对象' 时分配的内存空间相关信息, 即 tp_basicsize, tp_itemsize

                 , 与该类型'对象'相关联的操作信息, 如 tp_print; tp_getattr; tp_setattr 这些函数指针

                 , 该类型对象的'类型信息' (通过 PyType_Type 来确定一个对象的 '类型对象')

                 object.h (Python 3.6)

                     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;

                         PyAsyncMethods *tp_as_async; /* formerly known as tp_compare (Python 2)

                                                         or tp_reserved (Python 3) */

                         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 */

                         unsigned 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;

                         /* 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;

                         /* Type attribute cache version tag. Added in version 2.6 */

                         unsigned int tp_version_tag;

                         destructor tp_finalize;

                     #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;