这篇文章主要介绍“Python内建类型float源码分析”的相关知识,小编通过实际案例向大家展示操作过程,操作方法简单快捷,实用性强,希望这篇“Python内建类型float源码分析”文章能帮助大家解决问题。
C源码(仅列出部分字段):
PyTypeObject PyFloat_Type = { PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0) "float", sizeof(PyFloatObject), 0, (destructor)float_dealloc, /* tp_dealloc */ 0, /* tp_print */ 0, /* tp_getattr */ 0, /* tp_setattr */ 0, /* tp_reserved */ (reprfunc)float_repr, /* tp_repr */ &float_as_number, /* tp_as_number */ 0, /* tp_as_sequence */ 0, /* tp_as_mapping */ (hashfunc)float_hash, /* tp_hash */ 0, /* tp_call */ (reprfunc)float_repr, /* tp_str */ // ... 0, /* tp_init */ 0, /* tp_alloc */ float_new, /* tp_new */ };
PyFloat_Type中保存了很多关于浮点对象的元信息,关键字段包括:
tp_name:保存类型名称,常量float
tp_dealloc、tp_init、tp_alloc和tp_new:对象创建和销毁的相关函数
tp_repr:生成语法字符串表示形式的函数
tp_str:生成普通字符串表示形式的函数
tp_as_number:数值操作集
tp_hash:哈希值生成函数
通过类型对象创建实例对象:
通过C API创建实例对象:
PyObject * PyFloat_FromDouble(double fval); PyObject * PyFloat_FromString(PyObject *v);
当对象不再需要时,Python通过Py_DECREF或者Py_XDECREF宏来减少引用计数;
当引用计数降为0时,Python通过_Py_Dealloc宏回收对象。(有关引用计数的内容后续会详细介绍)
_Py_Dealloc宏实际上调用的是*Py_TYPE(op)->tp_dealloc,对于float即调用float_dealloc:
#define _Py_Dealloc(op) ( \ _Py_INC_TPFREES(op) _Py_COUNT_ALLOCS_COMMA \ (*Py_TYPE(op)->tp_dealloc)((PyObject *)(op)))
问题:浮点运算背后涉及大量临时对象创建和销毁。
area = pi * r ** 2
这个语句首先计算半径r的平方,中间结果由一个临时对象来保存,假设是t;然后计算pi与t的乘积,得到最终结果并赋值给变量area;
最后,销毁临时对象t。创建对象时需要分配内存,销毁对象时又要回收内存,大量临时对象创建和销毁,意味着大量内存分配回收操作,这是不能接受的。
因此,Python在浮点对象销毁之后,并不急于回收内存,而是将对象放入一个空闲链表,后续需要创建浮点对象时,先到空闲链表中取,省去了部分分配内存的开销。
C源码:
#ifndef PyFloat_MAXFREELIST #define PyFloat_MAXFREELIST 100 #endif static int numfree = 0; static PyFloatObject *free_list = NULL;
源码解读:
free_list变量:指向空闲链表头节点的指针
numfree变量:维护空闲链表当前长度
PyFloat_MAXFREELIST宏:限制空闲链表的最大长度,避免占用过多内存
为了保持简洁,Python把ob_type字段当作next指针来用,将空闲对象串成链表。float空闲链表图示如下:
个人体会:
Python中这样的池技术很多地方都在用,并且在实际工程中,这也是一种广泛使用的方式,大家可以具体体会下。
“把ob_type字段当作next指针来用“,这种方式可以学习,但是也要结合实际情况:可读性,是否需要节省这部分内存等等。
有了空闲链表之后,需要创建浮点对象时,可以从链表中取出空闲对象,省去申请内存的开销,以PyFloat_FromDouble()为例:(只列出部分代码)
PyObject * PyFloat_FromDouble(double fval) { PyFloatObject *op = free_list; if (op != NULL) { free_list = (PyFloatObject *) Py_TYPE(op); numfree--; } else { op = (PyFloatObject*) PyObject_MALLOC(sizeof(PyFloatObject)); if (!op) return PyErr_NoMemory(); } /* Inline PyObject_New */ (void)PyObject_INIT(op, &PyFloat_Type); op->ob_fval = fval; return (PyObject *) op; }
检查free_list是否为空
如果free_list非空,取出头节点备用,free_list指向第二个节点(这里看代码调用的是Py_TYPE(),
也就是op的ob_type字段,也就是第二个节点),并将numfree减1
如果free_list为空,则调用PyObject_MALLOC分配内存
最后会通过PyObject_INIT对op进行相应设置(包括修改ob_type),然后设置ob_fval为fval
图示如下:(对比2.1中的图示,可以看到free_list指向了第二个节点,并且第一个节点的ob_type字段也不再指向第二个节点,而是指向对应的类型对象)
对象销毁时,Python将其缓存在空闲链表中,以备后用。float_dealloc函数源码如下:
static void float_dealloc(PyFloatObject *op) { if (PyFloat_CheckExact(op)) { if (numfree >= PyFloat_MAXFREELIST) { PyObject_FREE(op); return; } numfree++; Py_TYPE(op) = (struct _typeobject *)free_list; free_list = op; } else Py_TYPE(op)->tp_free((PyObject *)op); }
若空闲链表长度达到限制值,调用PyObject_FREE回收对象内存
若空闲链表长度未达到限制值,则将对象插到空闲链表头部(这里可以顺带复习下头插法,hh)
问题:以下例子中,变量e的id值为何与已销毁的变量pi相同?
>>> pi = 3.14 >>> id(pi) 4565221808 >>> del pi >>> e = 2.71 >>> id(e) 4565221808
答:在3.14这个浮点数对象被销毁时,并没有直接回收其内存,而是将对象缓存在空闲链表中,此时3.14这个浮点数对象为空闲链表头节点;
当创建浮点对象2.71时,此时空闲链表非空,则取出空闲链表的头节点,修改ob_fval值为2.71,因此两个对象的id是一样的。
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