1. 对象机制的基石 -- PyObject

a.PyOject 定义

[object.h]
typedef struct _object{
  int ob_refcnt;  //引用计数
  struct _typeobject *ob_type; //类型信息
} PyObject

每一个python对象除了PyObject这部分必要信息，还有其他，比如PyIntObject

[intobject.h]
typedef struct{
  PyObject_HEAD
  long ob_ival; //整数的值
} PyIntObject;

b.定长对象和变长对象

如何实现字符串？

[object.h]
#define PyObject_VAR_HEAD
  PyObject_HEAD
  int ob_size; /*Number of items in variable part*/

typedef struct{
  PyObject_VAR_HEAD
} PyVarObject;

c.类型对象

类型对象 _typeobject

其中主要包含四类信息

类型名 tp_name

创建该类型对象时分配的内存空间大小的信息 tp_basicsize和tp_itemsize

与该类型对象相关联的操作信息

其他类型信息

[object.h]
typedef struct _typeobject {
  PyObject_VAR_HEAD
  char *tp_name; /* For printing, in format "<module>.<name>" */
  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 to_call;

  ......
}

d.对象的创建

Python内部创建

通过Python C API

范型的API(AOL, Abstract Object Layer) 比如：PyObject* intObj = PyObject_New(PyObject, &PyInt_Type)

类型相关的API(COL, Concrete Object Layer) 比如: PyObject *intObj = PyInt_FromLong(10);

通过类型对象PyInt_Type

pyint_type调用

e.对象的行为

函数指针直接决定这一个对象在运行时所表现出的行为

比如

数值特性(PyNumberMethods *tp_as_number)

序列特性(PySequenceMethods *tp_as_sequence)

关联特性(PyMappingMethods *tp_as_mapping)

[object.h]
typedef PyObject *(*binaryfunc)(PyObject *, PyObject *);

typedef struct{
  binaryfunc nb_add;
  binaryfunc nb_subtract;
  ......
} PyNumberMethods;

特性的混合

class MyInt(int):
    def __getitem__(self,key):
        return key + str(self)
>> a = Myint(1)
>> b = Myint(2)
>> print a + b
3
>> a['key']
'key1'

f.类型的类型

PyType_Type => 它是所有class的class，被称为metaclass

[typeobject.c]
PyTypeObject PyType_Type = {
  PyObject_HEAD_INIT(&PyType_Type)
  0, /* ob_size */
  "type" /* tp_name */
  sizeof(PyHeapTypeObject), /* tp_basicsize */
  sizeof(PyMemberDef),  /* tp_itemsize */
  ...
};

PyTypeObject和PyType_Type的关系

>> class A(object):
    pass
>>A.__class__
<type 'type'>
>>int.__class__
<type 'type'>
>>type.__class__
<type 'type'>

举例

PyInt_Type和PyType_Type之间的关系

[intobject.c]
PyTypeObject PyInt_type = {
  PyObject_HEAD_INIT(&PyType_Type)
  0,
  "int",
  sizeof(PyIntObject),
  ...
}

运行时整数对象及其类型之间的关系

pyint_pytype

g.Python对象的多态性

通过ob_type域动态进行判断，Python实现了多态机制

void Print(PyObject *object){
  object->ob_type->tp_print(object);
}

h.引用计数

ob_refcnt 变量，32位整型，决定着对象的创建与消亡

通过Py_INCREF(op) 和 PyDECREF(op) 两个宏来增加和减少一个对象的引用计数

通过_Py_NewReference(op)宏来将对象的引用计数初始化为1

PyDECREF 的“析构动作” 是通过一个函数指针tp_dealloc来进行的(Observer设计模式)

在Python的各种对象中，类型对象永远不会被析构

[object.h]
#define _Py_NewReference(op) ((op)->ob_refcnt = 1)
#define _Py_Dealloc(op) ((*(op)->ob_type->tp_dealloc)((PyObject *)(op)))
#define Py_INCREF ((op)->ob_refcnt++)
#define Py_DECREF(op)
        if(--(op)->ob_refcnt != 0);
        else
            _Py_Dealloc((PyObject *)(op))

/* Macros to use in case the object pointer may be NULL */
#define Py_XINCREF(op) if ((op) == NULL); else Py_INCREF(op)
#define Py_XDECREF(op) if ((op) == NULL); else Py_DECREF(op)

i.Python对象的分类

python_object

Python_object