Python 中的對象概述

02-01

（你也可以在我的博客閱讀這篇文章）

在 Python 的世界中，一切皆對象。 int / list / dict / ... 都是對象，除此之外，函數、類本身也是對象，那麼，這些對象究竟是什麼呢？

從結果看，Python 中的對象是 C 語言中結構體在堆上申請的一片內存區域。而在具體實現上，這裡先簡單描述一下。

萬物基於 MIUI： PyObject

在 Python 中，所有對象都共有一些特性，這些特性定義在 PyObject 中。PyObject 定義在Include/object.h 中：

#define PyObject_HEAD n _PyObject_HEAD_EXTRA n Py_ssize_t ob_refcnt; n struct _typeobject *ob_type;nntypedef struct _object {n PyObject_HEADn} PyObject;n

簡化後即為：

typedef struct _object {n int ob_refcnt; n struct _typeobject *ob_type;n} PyObject;n

在 PyObject 中，ob_refcnt 用以記錄對象的引用數（與引用計數的內存回收相關，這裡暫且不表），當有新的指針指向某對象時，ob_refcnt 的值加 1，當指向某對象的指針刪除時，ob_refcnt 的值減 1，當其值為零的時候，則可以將該對象從堆中刪除（事實上並不會立即刪除，這裡暫且不表）。除了 ob_refcnt 之外，還有一個指向 _typeobject 指針 ob_type。這個結構體用於表示對象類型。跳過 _typeobject，可以發現， Python 對象的核心在於一個引用計數和一個類型信息。

PyObject 定義的內容會出現在每個對象所佔內存的開始部分。

定長對象與變長對象

在 Python 中，除了 bool float 這樣的定長對象（一旦確定下來需要的內存，便不再有改動），還有另外一種對象：長度可變的對象。這種對象在 Python 的實現中通過 PyVarObject 結構體來表示：

#define PyObject_VAR_HEAD n PyObject_HEAD n Py_ssize_t ob_size; /* Number of items in variable part */nntypedef struct {n PyObject_VAR_HEADn} PyVarObject;n

事實上，就是在 PyObject 的基礎上，多了一個 ob_size 變數，用以標識對象的長度（是長度，不是內存佔用）。也就是說，其實 PyVarObject 就是 PyObject 的一個拓展，於是，在 Python 中，所有的對象都可以通過 PyObject * 指針來引用，這一點非常重要，它使得很多操作變得統一（這篇博客暫不詳述）。

由此，Python 中所有對象在實現的時候，內存無非如下兩種情況：

定長對象變長對象n+-----------+ +-----------+n| ob_refcnt | | ob_refcnt |n+-----------+ +-----------+n| ob_type | | ob_type |n+-----------+ +-----------+n| | | ob_size |n| | +-----------+n| other | | |n| | | other |n| | | |n+-----------+ +-----------+n

道生一：PyTypeObject

在描述 PyObject 的時候，提到了一個 _typeobject 結構體。那麼，它是幹什麼的呢？想像一下，一個對象在創建的時候需要多少內存、這個對象的類名是什麼等等信息，又是如何記錄和區分的呢？

_typeobject（也就是PyTypeObject）可以被稱之為「指定對象類型的類型對象」，其定義如下：

typedef struct _typeobject {n PyObject_VAR_HEADn const char *tp_name; /* For printing, in format "<module>.<name>" */n Py_ssize_t tp_basicsize, tp_itemsize; /* For allocation */nn // ...... 省略部分暫時不關心的內容nn} PyTypeObject;n

可以理解為，PyTypeObject 對象是 Python 中面向對象理念中「類」這個概念的實現，這裡只是簡單介紹其定義中的部分內容：

ty_name：類型名
tp_basicsize, tp_itemsize：創建類型對象時分配的內存大小信息
被省略掉的部分：與該類型關聯的操作（函數指針）

這裡只是簡單描述，上面的內容有些偏頗，暫不必過分深究。

再看一眼 PyTypeObject 的定義，可以發現在最開始也有一個 PyObject_VAR_HEAD，這意味著它也是一個對象。那麼，PyTypeObject 既然是指示類型的對象，那麼它的類型又是什麼呢？答案是 PyType_Type：

PyTypeObject PyType_Type = {n PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0)n "type", /* tp_name */n sizeof(PyHeapTypeObject), /* tp_basicsize */n sizeof(PyMemberDef), /* tp_itemsize */n (destructor)type_dealloc, /* tp_dealloc */n // ...... 省略了部分內容n};n

事實上，它就是 Python 語言中的 type 對象就是 PyType_Type，它是所有 class 的 class，在 Python 中叫做 metaclass。其實，在實現中它的 ob_type 指針又指向了自己本身，既是：

PyType_Typen+-----------+<-------+n| ob_refcnt | |n+-----------+ |n| ob_type +--------+n+-----------+n| |n| other |n| |n+-----------+n

小結

簡單概述了 Python 中的對象的最模糊的概念。