[Python源码学习]之PyObject和PyTypeObject

q3256

Python C api中的绝大多数函数其参数和返回值中包含PyObject*。这指针类型指向一个可以表示任何Python对象的不透明的数据结构。所有的Python对象在多数情况下以相同的方式对待。
所有的Python对象(甚至是Python的整数)都包含一个类型和引用计数。一个对象的类型决定了其是一个整数、列表、用户自定义函数还是其他。
引用计数对Python非常重要，引用计数必须显式地操作(通过Py_INCREF()、 Py_DECREF()等)。
本文：

• 
  
  PyObject
  
  
• 
  
  PyVarObject
  
  
• 
  
  PyTypeObject
  
  

PyObject


Include/object.h 提供了比较详细的注释。

• 
  
  PyObject 本身几乎没有声明任何东西，但是每一个Python对象的指针都可以cast为PyObject* 。类似地，每一个大小不固定的Python对象指针可以cast为 PyVarObject* 。
  
  
• 
  
  PyObject_HEAD 定义了每一个PyObject都有的起始片段。
  
  
• Python2.7和Python3.2中，尽管内容一样，但源码的写法上有点小小的不同：
  

Python2.7


#define PyObject_HEAD                   \
    Py_ssize_t ob_refcnt;               \
    struct _typeobject *ob_type;
typedef struct _object {
    PyObject_HEAD
} PyObject;

Python3.2


typedef struct _object {
    Py_ssize_t ob_refcnt;
    struct _typeobject *ob_type;
} PyObject;
#define PyObject_HEAD PyObject ob_base;

PyObject 是有两个成员的结构体，引用计数、对象类型：

• ob_refcnt
  
• ob_type
  

其类型分别为 Py_ssize_t 和 struct _typeobject


Py_ssize_t


Py_ssize_t 是一个所占字节数与 size_t 相同的有符号的整数类型(C99中没有定义ssize_t这种类型，某些编译器比如gcc扩展有该类型)。关于该类型的一个介绍见PEP
353。
源码位于：Include/pyport.h


#ifdef HAVE_SSIZE_T
typedef ssize_t         Py_ssize_t;
#elif SIZEOF_VOID_P == SIZEOF_SIZE_T
typedef Py_intptr_t     Py_ssize_t;
#else
#   error "Python needs a typedef for Py_ssize_t in pyport.h."
#endif

其中，Py_intptr_t 是可以存放指针的整数类型(C99中定义有 intptr_t)，在不支持intptr_t的环境下，它是int、long或long long的别名。


PyVarObject


可变大小的容器对象
与PyObject相比，它多了一个成员：

• ob_refcnt
  
• ob_type
  
• ob_size
  

其中：ob_size 是元素的数目，而不是所需的字节的数目。
Python2.7

#define PyObject_VAR_HEAD               \
    PyObject_HEAD                       \
    Py_ssize_t ob_size; /* Number of items in variable part */

typedef struct {
    PyObject_VAR_HEAD
} PyVarObject;

Python3.2

typedef struct {
    PyObject ob_base;
    Py_ssize_t ob_size; /* Number of items in variable part */
} PyVarObject;
#define PyObject_VAR_HEAD      PyVarObject ob_base;

3个宏用来获取这3个成员的值

#define Py_REFCNT(ob)           (((PyObject*)(ob))->ob_refcnt)
#define Py_TYPE(ob)             (((PyObject*)(ob))->ob_type)
#define Py_SIZE(ob)             (((PyVarObject*)(ob))->ob_size)


PyTypeObject


每一个PyObject第二个成员是都是一个类型对象(PyTypeObject)。PyTypeObject本身是也一个PyVarObject
额，这个东西太复杂了，一堆堆的函数指针，看不懂。

typedef struct _typeobject {
    PyObject_VAR_HEAD
    const char *tp_name; /* For printing, in format "<module>.<name>" */
    Py_ssize_t tp_basicsize, tp_itemsize; /* For allocation */

    /* Methods to implement standard operations */

    destructor tp_dealloc;
    printfunc tp_print;
    getattrfunc tp_getattr;
    setattrfunc tp_setattr;
    void *tp_reserved; /* formerly known as tp_compare */
    reprfunc tp_repr;
...
} PyTypeObject;

tp_name	类型的字符串名，比如"str" "int" ...
tp_basicsize	tp_basesize + tp_tiemsize * ob_size
tp_itemsize
tp_doc	文档字符串

创建与析构？

tp_alloc

tp_new

tp_init

tp_del

tp_free

tp_dealloc

C API函数和这些函数指针的对应关系（调用关系）：

C API函数	PyTypeObject 中的函数指针	Python表达式
PyObject_Print(PyObject*,FILE*,int)	tp_print tp_str tp_repr
PyObject_Repr(PyObject*)	tp_repr	repr(o)
PyObject_Str(PyObject*v)	tp_str	str(o)
PyObject_Hash(PyObject*)	tp_hash	hash(o)
PyObject_GetAttr(PyObject*,PyObject*)	tp_getattr tp_getattro	o.attr_name
PyObject_CallMethod(PyObject*,char*,...)	tp_call	o.method(...)
...

参考

• 
  
  http://docs.python.org/py3k/c-api/object.html
  
  
• 
  
  http://docs.python.org/py3k/c-api/intro.html#objects-types-and-reference-counts
  
  
• 
  
  http://docs.python.org/py3k/c-api/structures.html
  
  
• 
  
  http://docs.python.org/py3k/c-api/typeobj.html