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相关位置文件

  • cpython/Objects/methodobject.c
  • cpython/Include/methodobject.h
  • cpython/Python/bltinmodule.c
  • cpython/Objects/call.c

内存构造

python 中有一个类型叫做 builtin_function_or_method, 正如如类型名称所描述的一般, 所有在c语言层级定义的的内建函数或者方法都属于类型 builtin_function_or_method

>>> print
<built-in function print>
>>> type(print)
<class 'builtin_function_or_method'>

layout

示例

print

我们来看一小段代码段先

#define PyCFunction_Check(op) (Py_TYPE(op) == &PyCFunction_Type)

typedef PyObject *(*PyCFunction)(PyObject *, PyObject *);
typedef PyObject *(*_PyCFunctionFast) (PyObject *, PyObject *const *, Py_ssize_t);
typedef PyObject *(*PyCFunctionWithKeywords)(PyObject *, PyObject *,
                                             PyObject *);
typedef PyObject *(*_PyCFunctionFastWithKeywords) (PyObject *,
                                                   PyObject *const *, Py_ssize_t,
                                                   PyObject *);
typedef PyObject *(*PyNoArgsFunction)(PyObject *);

PyCFunction 在 c 语言中是一个类型, 这个类型可以表示任何接受两个 PyObject * 作为参数, 并返回一个 PyObject * 作为返回对象的函数

// 一个 c 函数, 函数名为 builtin_print
static PyObject *
builtin_print(PyObject *self, PyObject *const *args, Py_ssize_t nargs, PyObject *kwnames);

// "print" 这个名称被定义在了一个叫做 builtin_methods 的 c 数组中
static PyMethodDef builtin_methods[] = {
...
{"print",           (PyCFunction)(void(*)(void))builtin_print,      METH_FASTCALL | METH_KEYWORDS, print_doc},
...
}

print

一个 PyMethodDef 会与一个 module 对象, 和一个 self 对象相关联, 关联之后就可以用一个 PyCFunctionObject 对象来表示

用户实际上在交互界面可以看到的对象在 c 层级被定义为类型 PyCFunctionObject

print2

我们来看看每个字段的意义

m_self 字段中的类型是 module, 而 m_module 字段中的类型是 str

print3

PyMethodDef 中的字段

ml_name

如上图所示, ml_name 字段表示的是这个内建函数的名称, 他就是一个 null 结尾的 c 语言标准字符串

ml_meth

指向真正干活的函数指针

ml_flags

用二进制位来标记这个函数需要被如何调用

call.c 文件里面以 PyMethodDef 开头的函数会根据这些二进制位, 得出真正需要被传入的参数以及调用方式等信息, 根据这些信息去取出 python 层传入的参数, 再去调用 c 层的 PyCFunction

需要更多详情表示每个位的作用的同学可以参考 c-api Common Object Structures

标记名称 标记值 意义
METH_VARARGS 0x0001 c 函数类型为 PyCFunction, 接受两个 PyObject* 作为参数
METH_KEYWORDS 0x0002 c 函数类型为 PyCFunctionWithKeywords, 接受三个参数, self, args 和一个字典对象表示 keyword arguments
METH_NOARGS 0x0004 表示不接受任何参数, c 函数类型为 PyCFunction(外层调用 c 函数时会传入 self 和 NULL 值)
METH_O 0x0008 接受单个参数, c 函数类型为 PyCFunction
METH_CLASS 0x0010 取出第一个对象的类型传入, 而不是第一个对象的实例去传入, 就是我们常用的@classmethod 干的活
METH_STATIC 0x0020 第一个对象会传入空的值, 我们常用的 @staticmethod 干的活
METH_COEXIST 0x0040 重复定义时替代原本存在的, 而不是跳过

free_list

static PyCFunctionObject *free_list = NULL;
static int numfree = 0;
#ifndef PyCFunction_MAXFREELIST
#define PyCFunction_MAXFREELIST 256
#endif

cpython 使用了一个长度为 256 的缓冲池来存储释放掉的对象以供再度循环使用, free_list 是一个单链表, 利用 PyCFunctionObject 上面的 m_self 字段一直往下串在一起

相似的技术在 float-free_list 对象上也使用过, float 使用的是 ob_type 字段串联起来, 这里就不做图说明了, 有兴趣的同学可以直接点解链接看里面的图片

classmethod

staticmethod

其实他们在分析 func 对象时就已经出现了, 但是他们和 classobject 文件中的关联度较高, 我会在后续看 class 时分析这两个家伙