楔子

從現(xiàn)在開始，我們就來分析 Python 的內(nèi)置對象，看看它們在底層是如何實現(xiàn)的。但說實話，我們在前面幾篇文章中介紹對象的時候，已經(jīng)說了不少了，不過從現(xiàn)在開始要進行更深入的分析。

除了對象本身，還要看對象支持的操作在底層是如何實現(xiàn)的。我們首先以浮點數(shù)為例，因為它是最簡單的，沒錯，浮點數(shù)比整數(shù)要簡單，至于為什么，等我們分析整數(shù)的時候就知道了。

浮點數(shù)的底層結(jié)構(gòu)

要想搞懂浮點數(shù)的實現(xiàn)原理，就要知道它在底層是怎么定義的，當然在這之前我們已經(jīng)見過它很多遍了。

// Include/cpython/floatobject.h
typedef struct {
    PyObject_HEAD
    double ob_fval;
} PyFloatObject;

它包含了一個公共頭部 PyObject 和一個 double 類型的 ob_fval 字段，毫無疑問這個 ob_fval 字段負責存儲浮點數(shù)的具體數(shù)值。

我們以 e = 2.71 為例，底層結(jié)構(gòu)如下。

圖片

還是很簡單的，每個對象在底層都是由結(jié)構(gòu)體表示的，這些結(jié)構(gòu)體中有的字段負責維護對象的元信息，有的字段負責維護具體的值。比如這里的  2.71，總要有一個字段來存儲 2.71 這個值，而這個字段就是 ob_fval。所以浮點數(shù)的結(jié)構(gòu)非常簡單，直接使用一個 C 的 double 來維護。

假設(shè)我們要將兩個浮點數(shù)相加，相信你已經(jīng)知道解釋器會如何做了？通過 PyFloat_AsDouble 將兩個浮點數(shù)的 ob_fval 抽出來，然后相加，最后再根據(jù)相加的結(jié)果創(chuàng)建一個新的 PyFloatObject 即可。

浮點數(shù)是怎么創(chuàng)建的

下面來看看浮點數(shù)是如何創(chuàng)建的，在前面的文章中，我們說對象可以使用對應(yīng)的特定類型 API 創(chuàng)建，也可以通過調(diào)用類型對象創(chuàng)建。

調(diào)用類型對象 float 創(chuàng)建實例對象，解釋器會執(zhí)行元類 type 的 tp_call，它指向了 type_call 函數(shù)。然后 type_call 內(nèi)部會先調(diào)用類型對象（這里是 float）的 tp_new 為其實例對象申請一份空間，申請完畢之后對象就已經(jīng)創(chuàng)建好了。然后再調(diào)用 tp_init，并將實例對象作為參數(shù)傳遞進去，進行初始化，也就是設(shè)置屬性。

但是對于 float 來說，它內(nèi)部的 tp_init 字段為 0，也就是空。

圖片

這就說明 float 沒有 __init__，因為浮點數(shù)太過簡單，只需要一個 tp_new 即可。我們舉個例子：

class Girl1:

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

# __new__  負責開辟空間、生成實例對象
# __init__ 負責給實例對象綁定屬性

# 但其實 __init__ 所做的工作可以直接在 __new__ 當中完成
# 換言之有 __new__ 就足夠了，其實可以沒有 __init__
# 我們將上面的例子改寫一下
class Girl2:

    def __new__(cls, name, age):
        instance = object.__new__(cls)
        instance.name = name
        instance.age = age
        return instance

g1 = Girl1("古明地覺", 16)
g2 = Girl2("古明地覺", 16)
print(g1.__dict__ == g2.__dict__)  # True

我們看到效果是等價的，因為 __init__ 負責給 self 綁定屬性，而這個 self 是 __new__ 返回的。那么很明顯，我們也可以在 __new__ 當中綁定屬性，而不需要 __init__。