《Python 源码剖析》之 tuple

最新推荐文章于 2024-01-04 13:37:38 发布

GeekCesto

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分类专栏： python 文章标签： python 源码

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本文详细介绍了Python tuple的内部实现，包括其结构定义、构造方法、回收过程以及对象缓冲池的运作机制。着重讨论了小尺寸tuple的优化策略，如tuple对象缓冲池的用途和限制。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

结构定义

typedef struct {
    PyObject_VAR_HEAD
    PyObject *ob_item[1];
} PyTupleObject;

说明

PyObject_VAR_HEAD
PyTupleObject在底层是个变长对象(需要存储列表元素个数).
虽然, 在python中, tuple是不可变对象
PyObject *ob_item[1];
指向存储元素的数组

构造方法定义

PyObject *
PyTuple_New(register Py_ssize_t size)
{
    register PyTupleObject *op;
    Py_ssize_t i;

    // 大小为负数, return
    if (size < 0) {
        PyErr_BadInternalCall();
        return NULL;
    }

    // 如果大小=0, 空元组, 直接取free_list第一个返回
#if PyTuple_MAXSAVESIZE > 0
    if (size == 0 && free_list[0]) {
        op = free_list[0];
        Py_INCREF(op);

#ifdef COUNT_ALLOCS
        tuple_zero_allocs++;
#endif

        return (PyObject *) op;
    }

    // 如果free_list可分配, 从free_list取一个
    if (size < PyTuple_MAXSAVESIZE && (op = free_list[size]) != NULL) {
        // 上面  op = free_list[size] 取得单链表头
        // free_list指向单链表下一个元素, 对应位置阈值--
        free_list[size] = (PyTupleObject *) op->ob_item[0];
        numfree[size]--;

#ifdef COUNT_ALLOCS
        fast_tuple_allocs++;
#endif

      // 初始化 ob_size和ob_type
      /* Inline PyObject_InitVar */
#ifdef Py_TRACE_REFS
        Py_SIZE(op) = size;
        Py_TYPE(op) = &PyTuple_Type;
#endif
        _Py_NewReference((PyObject *)op);
    }
    else
#endif   // free_list不可用
    {
        // 计算空间
        Py_ssize_t nbytes = size * sizeof(PyObject *);
        /* Check for overflow */
        if (nbytes / sizeof(PyObject *) != (size_t)size ||
            (nbytes > PY_SSIZE_T_MAX - sizeof(PyTupleObject) - sizeof(PyObject *)))
        {
            return PyErr_NoMemory();
        }

        // 分配内存
        op = PyObject_GC_NewVar(PyTupleObject, &PyTuple_Type, size);
        if (op == NULL)
            return NULL;
    }

    // 初始化ob_item每个元素
    for (i=0; i < size; i++)
        op->ob_item[i] = NULL;

    // 第一次分配空数组, 将其放入free_list第一个位置
#if PyTuple_MAXSAVESIZE > 0
    if (size == 0) {
        free_list[0] = op;
        ++numfree[0];
        Py_INCREF(op);          /* extra INCREF so that this is never freed */
    }
#endif


#ifdef SHOW_TRACK_COUNT
    count_tracked++;
#endif

    _PyObject_GC_TRACK(op);

    // 返回
    return (PyObject *) op;
}

说明

如果size=0, 从free_list[0]取, 直接返回
否则, 确认free_list[size], 是否可用, 可用获取
否则, 从内存分配新的空间
初始化, 返回

回收

static void
tupledealloc(register PyTupleObject *op)
{
    register Py_ssize_t i;
    // 获取元素个数
    register Py_ssize_t len =  Py_SIZE(op);

    PyObject_GC_UnTrack(op);
    Py_TRASHCAN_SAFE_BEGIN(op)


    if (len > 0) {
        i = len;
        // 遍历, 析构每个元素
        while (--i >= 0)
            Py_XDECREF(op->ob_item[i]);

         // 与对象缓冲池相关
#if PyTuple_MAXSAVESIZE > 0
        if (len < PyTuple_MAXSAVESIZE &&
            numfree[len] < PyTuple_MAXFREELIST &&
            Py_TYPE(op) == &PyTuple_Type)
        {
            op->ob_item[0] = (PyObject *) free_list[len];
            numfree[len]++;
            free_list[len] = op;
            goto done; /* return */
        }
#endif

    }
    // 调用回收
    Py_TYPE(op)->tp_free((PyObject *)op);

done:
    Py_TRASHCAN_SAFE_END(op)
}

简化流程

回收ob_item每个元素
如果符合条件, 放入到free_list
否则, 回收

tuple对象缓冲池

定义

/* Speed optimization to avoid frequent malloc/free of small tuples */
#ifndef PyTuple_MAXSAVESIZE
#define PyTuple_MAXSAVESIZE     20
#endif

#ifndef PyTuple_MAXFREELIST
#define PyTuple_MAXFREELIST  2000
#endif

#if PyTuple_MAXSAVESIZE > 0

static PyTupleObject *free_list[PyTuple_MAXSAVESIZE];
static int numfree[PyTuple_MAXSAVESIZE];
#endif

结论

作用: 优化小tuple的mall/free
PyTuple_MAXSAVESIZE = 20
会被缓存的tuple长度阈值, 20, 长度<20的, 才会走对象缓冲池逻辑
PyTuple_MAXFREELIST 2000
每种size的tuple最多会被缓存2000个
PyTupleObject *free_list[PyTuple_MAXSAVESIZE]
free_list, 指针数组, 每个位置, 存储了指向一个单链表头的地址
numfree[PyTuple_MAXSAVESIZE]
numfree, 一个计数数组, 存储free_list对应位置的单链表长度
free_list[0], 指向空数组, 有且仅有一个