Python 一切皆对象的本质

尝试用python的概念,解释python自身的底层原理

class PyObject:
    def __init__(
            self,
            ob_refcnt=1,
            ob_type=None
    ):
        self.ob_refcnt: int = ob_refcnt
        self.ob_type: PyTypeObject = ob_type

这是一个C语言的结构体,现在我们把它用python的形式展现出来。一切python对象,底层实习都会包含PyObject。因为C语言可以强转和内存对齐。所以实际上他是类似于python的继承。如果你熟悉java的向上转型,那么理解起来会很容易。

所以一切Python对象都可以用PyObject来表示,它们之间的不同是,在PyObject之外多了一些额外的不同数据。

PyObject记录了两个信息:

  1. ob_refcnt 引用计数,默认为1
  2. ob_type 对象的类型,其指向一个类对象

好,现在让我们回想。python的类也是一个对象

class PyTypeObject(PyObject):
    def __init__(
            self,
            new=None,
            init=None,
            call=None,
            ob_refcnt=1,
            ob_type=None
    ):
        super().__init__(ob_refcnt, ob_type)
        self.new = new
        self.init = init
        self.call = call

我们建立一个这样的类,他是PyObject的扩展,额外包含了很多东西。我们这里给它加入三个方法,new, init, call。

我们尝试建立一个类

new_cls = PyTypeObject(ob_type=???)

def class_new(cls):
    return PyObject(ob_type=cls)

def class_init(self):
    pass

def class_call(cls, *args, **kwargs):
    instance = cls.new(cls)
    cls.init(instance, *args, **kwargs)
    return instance

new_cls.new = class_new
new_cls.init = class_init
new_cls.call = class_call

这样这个类具有产生实例的能力了,我们只需要调用他的call()方法,一个PyObject实例便由此产生。且其ob_type,指向这个类。

不过这里的new, init, call不能完全对应__ new __, __ init __, __ call __ 。这里只是底层的表示。像python中类中定义的 __ call __ 实际上是实例的 __ call __,而不是类自身的。

我们会发现一个问题

第一句中定义类对象的时候,我们没有指出ob_type,也就是类的类型。
如果你了解python,那么一定知道元类,实际上元类就是这个类的ob_type。

我们知道元类的可以产生类。
同时元类本身也是一个类,我们可以看成一个特殊的类。

我们可以来create一个type对象,在全局作用域上。

PyType_Type = PyTypeObject()


def type_new(msc: PyTypeObject):
    return PyTypeObject(ob_type=msc)


def type_init(new_cls: PyTypeObject, **new_kwargs):
    def class_new(cls):
        return PyObject(ob_type=cls)

    def class_init(self):
        pass

    def class_call(cls, *args, **kwargs):
        instance = cls.new(cls)
        cls.init(instance, *args, **kwargs)
        return instance

    new_cls.new = class_new
    new_cls.init = class_init
    new_cls.call = class_call

    for k, v in new_kwargs:
        setattr(new_cls, k, v)


def type_call(msc: PyTypeObject, **kwargs):
    cls: PyTypeObject = msc.new(msc)
    msc.init(cls, **kwargs)
    return cls


PyType_Type.new = type_new
PyType_Type.init = type_init
PyType_Type.call = type_call
PyType_Type.ob_type = PyType_Type

把之前普通类定义的代码放到其中,这样一个会产生类对象的。
因为python没有指针,无法做到

PyType_Type = PyTypeObject(ob_type=PyType_Type)

所以我们在对象建立后,再将其指向自己。
这个PyType_Type,实际上就是python中的type对象。
当然我们知道,还有个全局的对象是object。
我们现在建一个就好了。

PyBaseObject_Type = PyType_Type.call(PyType_Type)

这样一组低配的type和object就建立好了
还有一点,就是继承,我们在此忽略了这点。
如果你了解过元类,一定知道一个特别绕的概念
object的类型是type,type的父类是object
实际上我们在上述两个结构体对象建立只有,将指针互相指向对方便可以实现。

NewClass = PyType_Type.call(PyType_Type)
print(NewClass)
NewObject = NewClass.call(NewClass)
print(NewObject)
ok

推荐阅读更多精彩内容