Python之父Guido Rossum用自己的一個(gè)圣誕假期打造了Python語(yǔ)言，在Python的世界里，對(duì)象有著奇妙的“含義”。

一.C視角中的Python對(duì)象

讓我們一起追溯到源頭,Python由C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),且向外提供了C的APIhttp://docs.python.org/c-api/index.html 。

我們思考問(wèn)題的時(shí)候,可能對(duì)于對(duì)象這種東西很容易理解,而計(jì)算機(jī)能理解的只有0,1序列這樣的字節(jié)序列,從根本上講，我們所說(shuō)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中的對(duì)象只是在內(nèi)存中的一塊內(nèi)存空間里的0，1序列而已,這些連續(xù)或者非連續(xù)的內(nèi)存空間在更高層次上可以看作是一個(gè)整體.在Python中,我們所提到的一般的對(duì)象都是C中的結(jié)構(gòu)體在堆Heap上申請(qǐng)的一塊內(nèi)存空間。

為了能夠用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)Python的面向?qū)ο蟮臋C(jī)制,需要定義一些結(jié)構(gòu)體，能夠操作那些對(duì)象的內(nèi)存空間。

1.PyObject&PyVarObject

所有的Python對(duì)象都有一些共同的東西，我們將其高度抽象成一個(gè)結(jié)構(gòu)體PyObject

typedef struct _object{     
    PyObject_HEAD     
} PyObject;     
//其實(shí)PyObject_HEAD這個(gè)宏在發(fā)行版本中的為     
int ob_refcnt;     
struct _typeobject *ob_type;    

ob_refcnt,就是對(duì)象引用計(jì)數(shù),它的存在是為了實(shí)現(xiàn)了Python的基于引用技術(shù)的垃圾回收機(jī)制。還有一個(gè)是指向一個(gè)類型對(duì)象結(jié)構(gòu)體的指針,用以代表該對(duì)象的類型.

在C語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)的時(shí)候,還有一個(gè)結(jié)構(gòu)體擴(kuò)展于PyObject，那便是PyVarObject,其內(nèi)容為PyObject_VAR_HEAD這個(gè)宏，它比PyObject多了一個(gè)ob_size,用來(lái)表示變長(zhǎng)對(duì)象的長(zhǎng)度，詳情見(jiàn)http://docs.python.org/c-api/structures.html 。

還有一點(diǎn)請(qǐng)大家不要搞混,這里的PyObject和PyVarObject和Python世界中的真實(shí)對(duì)象沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系,這兩個(gè)只是Python對(duì)象全體在C語(yǔ)言表示中的一種抽象.也就是說(shuō)在C語(yǔ)言中,只要是一個(gè)Python對(duì)象結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù),那么其內(nèi)存的開(kāi)始部分都會(huì)有上面結(jié)構(gòu)體的幾個(gè)變量,所以一個(gè)PyObject的指針便可以指向所有的C語(yǔ)言中的表示Python對(duì)象的結(jié)構(gòu)體,這樣在C語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)中,我們便可以通過(guò)這個(gè)統(tǒng)一的指針操作所有的內(nèi)置的Python對(duì)象結(jié)構(gòu)體了。

2.PyTypeObject

剛剛還有一個(gè)東西沒(méi)有講,那便是_typeobject(PyTypeObject)這個(gè)結(jié)構(gòu)體,它是Python中所有類型對(duì)象的抽象,這樣我們?cè)贑語(yǔ)言的層次里對(duì)于所有的類型對(duì)象結(jié)構(gòu)體都可以通過(guò)PyTypeObject的指針來(lái)調(diào)用。

typedef struct _typeobject {     
//注意開(kāi)始部分為PyObject_VAR_HEAD     
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 tp_call;     
……     
} PyTypeObject;    

3.Python內(nèi)置對(duì)象和C結(jié)構(gòu)體的對(duì)應(yīng)

現(xiàn)在Python面向?qū)ο髾C(jī)制的對(duì)象和類型的抽象都已經(jīng)說(shuō)過(guò)了,接下來(lái)我們來(lái)看下在python中真實(shí)存在的對(duì)象在C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的時(shí)候是怎么樣的呢?

首先需要談的是那些Python的內(nèi)置對(duì)象，這些都是C語(yǔ)言定義了的，當(dāng)Python環(huán)境初始化后，這些對(duì)象便創(chuàng)建好了。

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

object對(duì)象在Python中是一個(gè)比較基礎(chǔ)的對(duì)象,它在C語(yǔ)言中對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體是PyBaseObject_Type,從C語(yǔ)言中的這個(gè)命名我們可以大概知道這個(gè)類是一個(gè)類型對(duì)象。

還有就是Python中的<type 'type'>在C語(yǔ)言中對(duì)應(yīng)著PyType_Type

PyTypeObject PyType_Type = {     
PyObject_HEAD_INIT(&PyType_Type)     
0, /* ob_size */    
"type", /* tp_name */    
sizeof(PyHeapTypeObject), /* tp_basicsize */    
sizeof(PyMemberDef), /* tp_itemsize */    
……     
};   

我們?cè)倏纯幢容^具體的整數(shù)。

一個(gè)整數(shù)instance在C語(yǔ)言中的表示的結(jié)構(gòu)體是PyIntObject

typedef struct {     
PyObject_HEAD     
long ob_ival;     
} PyIntObject;    

也就是說(shuō)通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)體我們就可以在C語(yǔ)言的的運(yùn)行時(shí)中指向Python的整數(shù)對(duì)象.

那么相應(yīng)的我們Python的整數(shù)類型對(duì)象為

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

4.自定義對(duì)象

當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè)Python對(duì)象的時(shí)候,最終都是通過(guò)Python的底層來(lái)做的,當(dāng)我們通過(guò)Python語(yǔ)言定義了自己的一個(gè)class A之后,Python首先根據(jù)你寫的代碼創(chuàng)建了一個(gè)A這樣的class對(duì)象（類對(duì)象）,然后當(dāng)你需要?jiǎng)?chuàng)建A的實(shí)例的時(shí)候,其實(shí)在Python的底層都是通過(guò)A這個(gè)Class對(duì)象進(jìn)行創(chuàng)建的。

二.Python視角中的對(duì)象體系

在單純的Python的世界中,一切都是對(duì)象.這些對(duì)象可以分為三類,

metaclasses,classes,instance

其中classes又可以分為內(nèi)置的type和用戶自定義的class

下面我們通過(guò)一張圖片來(lái)作詳細(xì)的說(shuō)明

其中C的定義的方式如下(python 中繼承于某類直接寫在類名后面的括號(hào)中):

class C(object):     
   ......    

其中實(shí)線表示 is-kind-of 的關(guān)系 ,虛線表示is-instance-of的關(guān)系。

查看當(dāng)前classes對(duì)象(instances對(duì)象沒(méi)有__bases__屬性)的基類的時(shí)候,可以用過(guò)classes_name.__bases__進(jìn)行查看,其值為一個(gè)Tuple元組(Python支持多繼承).

查看當(dāng)前對(duì)象的類型的方法是object_name.__class__

我們可以通過(guò)一些測(cè)試來(lái)證實(shí)上面的圖：

這里，type為所有類的類。

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