PyObject and PyTypeObject - Python 中的 '对象' 们

  1 PyObject, PyTypeObject - Python 中的 '对象' 们

     '一切皆对象' - 这是 Python 的学习和使用者们最最常听到一句, 可谓 博大精深 - '勃大精深'.
     '对象(Object)' 是 Python 最核心的一个概念, 在 Python 中 '一切皆是对象'.
     整数,字符串,类型type(整数类型, 字符串类型)统统都是'对象'.

     Python 已经预先定义了一些'类型对象', 如 int 类型, dict 类型, string 类型等等，
     这些预先定义的类型对象被称为'内建类型对象'. '类型对象' 实现了面向对象理论中'类'的概念,
     通过对类型对象的 '实例化' 创建'实例对象', 如 int 对象, dict 对象, string 对象等.
     '实例对象'可以被视为面向对象理论中'对象'这个概念在 python 中的体现.
     另外, python 实现了通过 class A(object) 关键字实现自定义类型对象, 通过调用自定义的类型对象实例化类型对象 A().
         注： python '类型'(type) -> '类'(class) ; python '实例'(instance) -> '对象'(object)

     怎样理解 '对象'(object) 的概念
         ‘对象’ 这一概念对人的思维是一个比较形象的概念, 然后计算机不能像人的思维一样去'理解'对象这一概念.
         计算机并不能理解  是一个整数, 而 '' 是一个字符串, 对于它来说这些都是'字节'(byte).
         通常, '对象' 是数据以及基于这些数据的操作的集合. 对于计算机来说, 一个 '对象' 实际上就是一片被分配的内存空间,
         这些内存可以是连续的, 也可以是离散的. 这片内存在更高的层面上被作为一个'整体'来考虑和处理, 这个整体就是一个'对象'(对计算机来说)
         而在这片内存中存储着一系列的数据以及可以对这些数据进行操作(修改,读取,运行等)的代码(字节码).

     如大家所知道的那样, Python 是有 C 实现的, 那么'对象' 在 C 层面是什么样子呢?
         PyObject 对象
             Python 中, '对象' 就是为 C 中的结构体(structure)在栈堆上申请的一块儿内存区域.
                 object.h (Python 3.6)
                     typedef struct _object {
                         _PyObject_HEAD_EXTRA
                         Py_ssize_t ob_refcnt;              # ob_refcnt 引用计数(垃圾回收机制)
                         struct _typeobject *ob_type;       # ob_type 是一个指向 _typeobject 结构体的指针
                     } PyObject;
             在 C 中定义 PyObject 结构体中 ob_refcnt 与 Python 内存管理机制有关, 它实现了基于 '引用计数' 的 '垃圾回收机制‘.
             对于某一特定对象 A, 当有另一个 PyObject '引用' 了该对象的时候, A 的'引用计数'( ob_refcnt ) 增加;
             相反地, 如果 当这个 PyObject 被销毁的时候, 对象 A 的'引用计数'( ob_refcnt ) 减少.
             当对象 A 的'引用计数'( ob_refcnt ) 减少到  的时候, Python 的垃圾回收机制将把对象 A 从栈堆中删除, 以便释放内存供其他对象使用.
             除 '引用计数'( ob_refcnt ) 之外, ob_type 是一个指向 _typeobject 结构体的指针.
             这个结构体对应着 Python 内部的一种特殊对象, 用来指定一个'对象' 类型的 '类型对象', 如 对象  的类型对象 是 int 类型对象.
             结论, 在 Python 中, 对象机制的核心， 一是 '引用计数'( ob_refcnt ), 另一个是 '类型信息'(ob_type).
             通过'类型信息'(ob_type) 进一步对应到 一个对象的'内容','大小' 等信息.

         PyTypeObject 类型信息
             PyObject 中包括了所有'对象' 共有的信息的定义(ob_refcnt, ob_type).
             在结构体 _typeobject 中, 主要定义了  类信息,
                 , 类型名(tp_name), 主要供 Python 内部, 以及调试使用.
                 , 创建该类型'对象' 时分配的内存空间相关信息, 即 tp_basicsize, tp_itemsize
                 , 与该类型'对象'相关联的操作信息, 如 tp_print; tp_getattr; tp_setattr 这些函数指针
                 , 该类型对象的'类型信息' (通过 PyType_Type 来确定一个对象的 '类型对象')

                 object.h (Python 3.6)
                     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;
                         PyAsyncMethods *tp_as_async; /* formerly known as tp_compare (Python 2)
                                                         or tp_reserved (Python 3) */
                         reprfunc tp_repr;

                         /* Method suites for standard classes */
                         PyNumberMethods *tp_as_number;
                         PySequenceMethods *tp_as_sequence;
                         PyMappingMethods *tp_as_mapping;

                         /* More standard operations (here for binary compatibility) */
                         hashfunc tp_hash;
                         ternaryfunc tp_call;
                         reprfunc tp_str;
                         getattrofunc tp_getattro;
                         setattrofunc tp_setattro;

                         /* Functions to access object as input/output buffer */
                         PyBufferProcs *tp_as_buffer;

                         /* Flags to define presence of optional/expanded features */
                         unsigned long tp_flags;

                         const char *tp_doc; /* Documentation string */

                         /* Assigned meaning in release 2.0 */
                         /* call function for all accessible objects */
                         traverseproc tp_traverse;

                         /* delete references to contained objects */
                         inquiry tp_clear;

                         /* Assigned meaning in release 2.1 */
                         /* rich comparisons */
                         richcmpfunc tp_richcompare;

                         /* weak reference enabler */
                         Py_ssize_t tp_weaklistoffset;

                         /* Iterators */
                         getiterfunc tp_iter;
                         iternextfunc tp_iternext;

                         /* Attribute descriptor and subclassing stuff */
                         struct PyMethodDef *tp_methods;
                         struct PyMemberDef *tp_members;
                         struct PyGetSetDef *tp_getset;
                         struct _typeobject *tp_base;
                         PyObject *tp_dict;
                         descrgetfunc tp_descr_get;
                         descrsetfunc tp_descr_set;
                         Py_ssize_t tp_dictoffset;
                         initproc tp_init;
                         allocfunc tp_alloc;
                         newfunc tp_new;
                         freefunc tp_free; /* Low-level free-memory routine */
                         inquiry tp_is_gc; /* For PyObject_IS_GC */
                         PyObject *tp_bases;
                         PyObject *tp_mro; /* method resolution order */
                         PyObject *tp_cache;
                         PyObject *tp_subclasses;
                         PyObject *tp_weaklist;
                         destructor tp_del;

                         /* Type attribute cache version tag. Added in version 2.6 */
                         unsigned int tp_version_tag;

                         destructor tp_finalize;

                     #ifdef COUNT_ALLOCS
                         /* these must be last and never explicitly initialized */
                         Py_ssize_t tp_allocs;
                         Py_ssize_t tp_frees;
                         Py_ssize_t tp_maxalloc;
                         struct _typeobject *tp_prev;
                         struct _typeobject *tp_next;
                     #endif
                     } PyTypeObject;