Python源码解读之二 万物皆对象(下)

初探PyObject

首先我们再次来回顾一下，在上一篇提到过，“类”和“对象”这两个概念在Python中都是用对象实现的。“类"是一种对象，称为"类型对象”，“类"实例化得到的也是"对象”，称为"实例对象"。

实现对象机制的基石–PyObject

Python中的任何对象在C中都对应一个结构体实例，在Python中创建一个对象，等价于在C中创建一个结构体实例。所以Python中的对象本质上就是C中malloc函数为结构体实例在堆区申请的一块内存。

/* Nothing is actually declared to be a PyObject, but every pointer to
 * a Python object can be cast to a PyObject*.  This is inheritance built
 * by hand.  Similarly every pointer to a variable-size Python object can,
 * in addition, be cast to PyVarObject*.
 */
typedef struct _object {
   
    _PyObject_HEAD_EXTRA        // 双向链表 垃圾回收 需要用到
    Py_ssize_t ob_refcnt;       // 引用计数
    PyTypeObject *ob_type;      // 指向类型对象的指针，决定了对象的类型
} PyObject;

_PyObject_HEAD_EXTRA是一个宏，展开后代码如下：

/* PyTypeObject structure is defined in cpython/object.h.
   In Py_LIMITED_API, PyTypeObject is an opaque structure. */
typedef struct _typeobject PyTypeObject;

#ifdef Py_TRACE_REFS
/* Define pointers to support a doubly-linked list of all live heap objects. */
#define _PyObject_HEAD_EXTRA            \
    struct _object *_ob_next;           \
    struct _object *_ob_prev;

#define _PyObject_EXTRA_INIT 0, 0,

#else
#  define _PyObject_HEAD_EXTRA
#  define _PyObject_EXTRA_INIT
#endif

_PyObject_HEAD_EXTRA:这个宏是一个双向链表，Python会将程序中创建的所有对象都放入到这个双向链表中，用于跟踪所有活跃的堆对像。不过这个宏只有在debug模式下生效。

PS：带EXTRA 字样的宏 只有在debug模式下才存在

重点要关注的是另外两个变量，ob_refcnt和*ob_type。

ob_refcnt：引用计数

在PyObject的定义中，整型变量ob_refcnt与Python的内存管理机制有关，它实现了基于引用计数的垃圾收集机制。对于某一个对象A，当有一个新的PyObject*引用该对象时，A的引用计数增加。

例如：

• 对象创建 a = 123
• 变量传递使得对象被新的变量引用a = b
• 引用该对象的某个变量作为参数传到一个函数或者类中func(a)
• 引用该对象的某个变量作为元组、列表、集合等容器的一个元素list = [a]

当这个PyObject*被删除时，A的引用计数减少，减少到0的时候，A就可以从堆上被删除，以释放出内存供别的对象使用。

例如：

• 引用该对象的变量被显示的销毁：del a
• 对象的引用指向了别的对象：a = "测试1" a = "测试2"
• 引用该对象的变量离开了它的作用域，比如函数的局部变量在函数执行完毕的时候会被销毁
• 引用该对象的变量所在的容器被销毁，或者被从容器里面删除

ob_type: 类型指针

所有的对象都是有类型的，类型对象描述实例对象的数据和行为，ob_type就是一个指向_typeobject结构体的指针，_