[Python源码学习]之整数类型PyIntObject
在Python2中，有 PyIntObject 和 PyLongObject 两种整数类型，在Python3中，前者并入后者。本文是Python2 相关的内容。PyIntObject
整数对象定义在头文件 Include/intobject.h 中，它表示一个(长)整数，且是一个不可变(immutable)对象。
typedef struct {
PyObject_HEAD
long ob_ival;
} PyIntObject;
和PyObject相比，它只多了一个 ob_ival 成员，用来封装C中的long类型。
PyIntObject 的类型值是: PyInt_Type，定义在 Objects/intobject.c 中
PyInt_Type
定义在 Objects/intobject.cpp 中，且在 Include/intobject.h 中用 extern 进行声明。
[*]Include/intobject.h
PyAPI_DATA(PyTypeObject) PyInt_Type;
[*]注：PyAPI_DATA是一个宏，定义在 Include/pyport.h 中，用来隐藏动态库时平台的差异，片段如下：
...
#define PyAPI_FUNC(RTYPE) __declspec(dllexport) RTYPE
#define PyAPI_DATA(RTYPE) extern __declspec(dllexport) RTYPE
...
[*]Objects/intobject.c
PyTypeObject PyInt_Type = {
PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0)
"int",
sizeof(PyIntObject),
...
(cmpfunc)int_compare, /* tp_compare */
(reprfunc)int_to_decimal_string, /* tp_repr */
&int_as_number, /* tp_as_number */
...
(reprfunc)int_to_decimal_string, /* tp_str */
...
Py_TPFLAGS_DEFAULT | Py_TPFLAGS_CHECKTYPES |
Py_TPFLAGS_BASETYPE | Py_TPFLAGS_INT_SUBCLASS, /* tp_flags */
int_doc, /* tp_doc */
...
int_new, /* tp_new */
(freefunc)int_free, /* tp_free */
};
宏 PyVarObject_HEAD_INIT 定义在 Include/object.h 中，用来初始化PyVarObject的3个成员(引用计数始终初始化为1)
PyNumberMethods
&int_as_number 是指向结构体PyNumberMethods实例的指针，该结构体的成员是函数指针：
static PyNumberMethods int_as_number = {
(binaryfunc)int_add, /*nb_add*/
(binaryfunc)int_sub, /*nb_subtract*/
(binaryfunc)int_mul, /*nb_multiply*/
(binaryfunc)int_classic_div, /*nb_divide*/
(binaryfunc)int_mod, /*nb_remainder*/
(binaryfunc)int_divmod, /*nb_divmod*/
(ternaryfunc)int_pow, /*nb_power*/
(unaryfunc)int_neg, /*nb_negative*/
...
这些函数实现了整数的四则运算等操作。比如加法
static PyObject *
int_add(PyIntObject *v, PyIntObject *w)
{
register long a, b, x;
CONVERT_TO_LONG(v, a);
CONVERT_TO_LONG(w, b);
/* casts in the line below avoid undefined behaviour on overflow */
x = (long)((unsigned long)a + b);
if ((x^a) >= 0 || (x^b) >= 0)
return PyInt_FromLong(x);
return PyLong_Type.tp_as_number->nb_add((PyObject *)v, (PyObject *)w);
}
返回结果是通过PyInt_FromLong创建的新对象。如果溢出的话，则调用PyLong_Type的加法函数。
创建
为了提高效率，某个范围内的小整数进行了缓存(是该称作缓存么?)。
小整数
缓存在一个静态的 small_ints 的数组中：
需要缓存的数据范围由两个宏进行指定(所以修改的话需要重新编译python)
#define NSMALLPOSINTS 257
#define NSMALLNEGINTS 5
/* References to small integers are saved in this array so that they
can be shared.
The integers that are saved are those in the range
-NSMALLNEGINTS (inclusive) to NSMALLPOSINTS (not inclusive).
*/
static PyIntObject *small_ints;
大整数
大整数存放在PyIntBlock的一个单向链表中，每一个PyIntBlock项中可以存放若干个(N_INTOBJECTS)整数。
/*
block_list is a singly-linked list of all PyIntBlocks ever allocated,
linked via their next members.PyIntBlocks are never returned to the
system before shutdown (PyInt_Fini).
free_list is a singly-linked list of available PyIntObjects, linked
via abuse of their ob_type members.
*/
#define BLOCK_SIZE 1000 /* 1K less typical malloc overhead */
#define BHEAD_SIZE 8 /* Enough for a 64-bit pointer */
#define N_INTOBJECTS ((BLOCK_SIZE - BHEAD_SIZE) / sizeof(PyIntObject))
struct _intblock {
struct _intblock *next;
PyIntObject objects;
};
typedef struct _intblock PyIntBlock;
static PyIntBlock *block_list = NULL;
static PyIntObject *free_list = NULL;
此处两个静态的指针，block_list 和 free_list 分别指向整数块(IntBlock)链表和空闲空间(IntObject)链表的头部。
有问题是不？PyIntBlock很容易看出是一个链表的节点，可是PyIntObject如何能是链表的节点呢？
它只有3个成员：
Py_ssize_t ob_refcnt;
struct _typeobject *ob_type;
long ob_ival;
哦，原来它使用的 ob_type 来存放下一个节点指针！！
这样以来，当新建整数时，首先判断是否是小整数，是的话，直接使用缓存中的小整数，反之，看看整数块有没有空闲的空间，有则使用，无则申请新的整数块。
PyObject *
PyInt_FromLong(long ival)
{
register PyIntObject *v;
#if NSMALLNEGINTS + NSMALLPOSINTS > 0
if (-NSMALLNEGINTS <= ival && ival < NSMALLPOSINTS) {
v = small_ints;
Py_INCREF(v);
#ifdef COUNT_ALLOCS
if (ival >= 0)
quick_int_allocs++;
else
quick_neg_int_allocs++;
#endif
return (PyObject *) v;
}
#endif
if (free_list == NULL) {
if ((free_list = fill_free_list()) == NULL)
return NULL;
}
/* Inline PyObject_New */
v = free_list;
free_list = (PyIntObject *)Py_TYPE(v);
PyObject_INIT(v, &PyInt_Type);
v->ob_ival = ival;
return (PyObject *) v;
}
PyInt_From*
整数的创建：
[*]
从C的整数类型创建Python的整数对象
[*]
从字符串创建Python的整数对象
PyObject * PyInt_FromLong(long ival)
PyObject * PyInt_FromSize_t(size_t ival)
PyObject * PyInt_FromSsize_t(Py_ssize_t ival)
PyObject * PyInt_FromString(char *s, char **pend, int base)
PyObject * PyInt_FromUnicode(Py_UNICODE *s, Py_ssize_t length, int base)
参考
[*]
http://docs.python.org/c-api/number.html
[*]Python源码剖析，陈儒
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