Python对象体系深入分析

本文较为详细的分析了了python的对象体系。分享给大家供大家参考。具体如下：

guido用c语言创造了python,在python的世界中一切皆为对象.

一.c视角中的python对象

让我们一起追溯到源头,python由c语言实现,且向外提供了c的api http://docs.python.org/c-api/index.html .

我们思考问题的时候,可能对于对象这种东西很容易理解,而计算机能理解的只有0,1序列这样的字节序列,从根本上讲，我们所说的计算机语言中的对象只是在内存中的一块内存空间里的0，1序列而已,这些连续或者非连续的内存空间在更高层次上可以看作是一个整体.在python中,我们所提到的一般的对象都是c中的结构体在堆heap上申请的一块内存空间.

为了能够用c语言实现python的面向对象的机制,需要定义一些结构体，能够操作那些对象的内存空间。

1.pyobject&pyvarobject

所有的python对象都有一些共同的东西,我们将其高度抽象成一个结构体pyobject

typedef struct _object{ 
    pyobject_head 
} pyobject; 
//其实pyobject_head这个宏在发行版本中的为 
int ob_refcnt; 
struct _typeobject *ob_type;

ob_refcnt,就是对象引用计数,它的存在是为了实现了python的基于引用技术的垃圾回收机制.

还有一个是指向一个类型对象结构体的指针,用以代表该对象的类型.

在c语言的实现的时候,还有一个结构体扩展于pyobject

那便是pyvarobject,其内容为pyobject_var_head这个宏，它比pyobject多了一个ob_size,用来表示变长对象的长度,详情见http://docs.python.org/c-api/structures.html

还有一点请大家不要搞混,这里的pyobject和pyvarobject和python世界中的真实对象没有对应关系,这两个只是python对象全体在c语言表示中的一种抽象.也就是说在c语言中,只要是一个python对象结构体的数据,那么其内存的开始部分都会有上面结构体的几个变量,所以一个pyobject的指针便可以指向所有的c语言中的表示python对象的结构体,这样在c语言的实现中,我们便可以通过这个统一的指针操作所有的内置的python对象结构体了.

2.pytypeobject

刚刚还有一个东西没有讲,那便是_typeobject(pytypeobject)这个结构体,它是python中所有类型对象的抽象,这样我们在c语言的层次里对于所有的类型对象结构体都可以通过pytypeobject的指针来调用

typedef struct _typeobject { 
//注意开始部分为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内置对象和c结构体的对应

现在python面向对象机制的对象和类型的抽象都已经说过了,接下来我们来看下在python中真实存在的对象在c语言实现的时候是怎么样的呢?

首先需要谈的是那些python的内置对象，这些都是c语言定义了的，当python环境初始化后，这些对象便创建好了。

pyapi_data(pytypeobject) pytype_type; /* built-in 'type' */ 
pyapi_data(pytypeobject) pybaseobject_type; /* built-in 'object' */

object对象在python中是一个比较基础的对象,它在c语言中对应的结构体是pybaseobject_type,从c语言中的这个命名我们可以大概知道这个类是一个类型对象.

还有就是python中的<type 'type'>在c语言中对应着pytype_type

pytypeobject pytype_type = { 
pyobject_head_init(&pytype_type) 
0, /* ob_size */ 
"type", /* tp_name */ 
sizeof(pyheaptypeobject), /* tp_basicsize */ 
sizeof(pymemberdef), /* tp_itemsize */ 
…… 
};

我们再看看比较具体的整数

一个整数instance在c语言中的表示的结构体是pyintobject

typedef struct { 
pyobject_head 
long ob_ival; 
} pyintobject;

 

也就是说通过这样的结构体我们就可以在c语言的的运行时中指向python的整数对象.

那么相应的我们python的整数类型对象为

ytypeobject pyint_type = { 
pyobject_head_init(&pytype_type) 
0, 
"int", 
sizeof(pyintobject), 
…… 
};

4.自定义对象

当我们创建一个python对象的时候,最终都是通过python的底层来做的,

当我们通过python语言定义了自己的一个class a之后,python首先根据你写的代码创建了一个a这样的class对象（类对象）,然后当你需要创建a的实例的时候,其实在python的底层都是通过a这个class对象进行创建的。

二.python视角中的对象体系

在单纯的python的世界中,一切都是对象.这些对象可以分为三类,

metaclasses,classes,instance

其中classes又可以分为内置的type和用户自定义的class

下面我们通过一张图片来作详细的说明

注：

其中c的定义的方式如下(python 中继承于某类直接写在类名后面的括号中):

class c(object): 
   ......

其中实线表示 is-kind-of 的关系 ,虚线表示is-instance-of的关系.

查看当前classes对象(instances对象没有__bases__属性)的基类的时候,可以用过classes_name.__bases__进行查看,其值为一个tuple元组(python支持多继承).

查看当前对象的类型的方法是object_name.__class__

我们可以通过一些测试来证实上面的图:

type为所有类的类。

希望本文所述对大家的python程序设计有所帮助。