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再探泛型 API,感受 Python 對象的設計哲學

來源: 責編: 時間:2024-05-27 08:53:35 130觀看
導讀之前我們提到了泛型 API,這類 API 的特點是可以處理任意類型的對象,舉個例子。// 返回對象的長度PyObject_Size// 返回對象的某個屬性PyObject_GetAttr// 返回對象的哈希值PyObject_Hash// 將對象轉成字符串返回PyObjec

之前我們提到了泛型 API,這類 API 的特點是可以處理任意類型的對象,舉個例子。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

// 返回對象的長度PyObject_Size// 返回對象的某個屬性PyObject_GetAttr// 返回對象的哈希值PyObject_Hash// 將對象轉成字符串返回PyObject_Str

對應到 Python 代碼中,就是下面這個樣子。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

# PyObject_Sizeprint(len("古明地覺"))print(len([1, 2, 3]))"""43"""# PyObject_GetAttrprint(getattr("古明地覺", "lower"))print(getattr([1, 2, 3], "append"))print(getattr({}, "update"))"""<built-in method lower of str object at 0x7f081aa7e920><built-in method append of list object at 0x7f081adc1100><built-in method update of dict object at 0x7f081aa8fd80>"""# PyObject_Hashprint(hash("古明地覺"))print(hash(2.71))print(hash(123))"""81525063933782332031637148536541722626123"""# PyObject_Strprint(str("古明地覺"))print(str(object()))"""古明地覺<object object at 0x7fdfa0209d10>"""

這些 API 能處理任意類型的對象,這究竟是怎么辦到的?要想搞清楚這一點,還是要從 PyObject 入手。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

我們知道對象在 C 看來就是一個結構體實例,并且結構體嵌套了 PyObject。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

# 創建一個列表,讓變量 var 指向它var = [1, 2, 3]# 創建一個浮點數,讓變量 var 指向它var = 2.71

列表對應的結構體是 PyListObject,浮點數對應的結構體是 PyFloatObject,變量 var 是指向對象的指針。那么問題來了,憑啥一個變量可以指向不同類型的對象呢?或者說變量和容器里面為什么可以保存不同對象的指針呢?QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

原因在前面的文章中解釋的很詳細了,因為對象的指針會統一轉成 PyObject * 之后再交給變量保存,以創建列表為例。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

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當然創建浮點數也是同理,因此變量和容器里的元素本質上就是一個泛型指針 PyObject *。而對象的指針在交給變量保存的時候,也都會先轉成 PyObject *,因為不管什么對象,它底層的結構體都嵌套了 PyObject。正是因為這個設計,變量才能指向任意的對象。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

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所以 Python 變量相當于一個便利貼,可以貼在任意對象上。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

不過問題來了,由于對象的指針會統一轉成 PyObject * 之后再交給變量保存,那么變量怎么知道自己指向的是哪種類型的對象呢?相信你肯定知道答案:通過 ob_type 字段。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

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對象對應的結構體可以有很多個字段,比如 PyListObject,但變量能看到的只有前兩個字段。至于之后的字段是什么,則取決于對象的類型,總之對變量來說是不可見的,因為它是 PyObject *。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

所以變量會先通過 ob_type 字段獲取對象的類型,如果 ob_type 字段的值為 &PyList_Type,那么變量指向的就是 PyListObject。如果 ob_type 字段的值為 &PyFloat_Type,那么變量指向的就是 PyFloatObject,其它類型同理。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

當得到了對象的類型,那么再轉成相應的指針即可,假設 ob_type 是 &PyList_Type,那么變量會再轉成 PyListObject *,這樣就可以操作列表的其它字段了。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

所以我們再總結一下:QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

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變量和容器里的元素只能保存相同的指針類型,而不同類型的對象,其底層的結構體是不同的。但這些結構體無一例外都嵌套了 PyObject,因此它們的指針會統一轉成 PyObject * 之后再交給變量保存。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

然后變量在操作對象時,會先通過 ob_type 判斷對象的類型,假如是 &PyList_Type,那么會再轉成 PyListObject *,其它類型同理。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

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相信你已經知道為什么泛型 API 可以處理任意類型的對象了,以 PyObject_GetAttr 為例,它內部會調用類型對象的 tp_getattro。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

// 等價于 getattr(v, name)PyObject *PyObject_GetAttr(PyObject *v, PyObject *name){       // 獲取對象 v 的類型對象    PyTypeObject *tp = Py_TYPE(v);    PyObject* result = NULL;    // 如果類型對象實現了 tp_getattro,那么進行調用    // 等價于 Python 中的 type(v).__getattr__(v, name)    if (tp->tp_getattro != NULL) {        result = (*tp->tp_getattro)(v, name);    }    // 否則會退化為 tp_getattr,它要求屬性名稱必須是 C 字符串    // 不過 tp_getattr 已經廢棄,應該使用 tp_getattro    else if (tp->tp_getattr != NULL) {        const char *name_str = PyUnicode_AsUTF8(name);        if (name_str == NULL) {            return NULL;        }        result = (*tp->tp_getattr)(v, (char *)name_str);    }    // 否則說明對象 v 沒有指定屬性    else {        PyErr_Format(PyExc_AttributeError,                    "'%.100s' object has no attribute '%U'",                    tp->tp_name, name);    }    return result;}

函數先通過 ob_type 找到對象的類型,然后通過類型對象的 tp_getattro 調用對應的屬性查找函數。所以 PyObject_GetAttr 會根據對象的類型,調用不同的屬性查找函數,因此這就是泛型 API 能處理任意對象的秘密。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

我們再以 Python 為例:QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

class A:    def __getattr__(self, item):        return f"class:A,item:{item}"class B:    def __getattr__(self, item):        return f"class:B,item:{item}"a = A()b = B()print(getattr(a, "some_attr"))print(getattr(b, "some_attr"))"""class:A,item:some_attrclass:B,item:some_attr"""# 以上等價于print(type(a).__getattr__(a, "some_attr"))print(type(b).__getattr__(b, "some_attr"))"""class:A,item:some_attrclass:B,item:some_attr"""

在 Python 里的表現和源碼是一致的,我們再舉個 iter 的例子:QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

data = [1, 2, 3]print(iter(data))print(type(data).__iter__(data))"""<list_iterator object at 0x7fb8200f29a0><list_iterator object at 0x7fb8200f29a0>"""

如果一個對象支持迭代器操作,那么它的類型對象一定實現了 __iter__,通過 type(data) 可以獲取到類型對象,然后將 data 作為參數調用 __iter__ 即可。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

所以通過 ob_type 字段,這些泛型 API 實現了類似多態的效果,一個函數,多種實現。QpH28資訊網——每日最新資訊28at.com

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