萬物皆對(duì)象

這篇博客的內(nèi)容主要是針對(duì)Python中萬物皆對(duì)象的理解，對(duì)Python的類型、對(duì)象體系做一個(gè)整體的梳理。

在Python中，一切皆為對(duì)象，一個(gè)整數(shù)是一個(gè)對(duì)象，一個(gè)字符串也是一個(gè)對(duì)象，基本類型（如int）也是對(duì)象。Python不再區(qū)別對(duì)待基本類型和對(duì)象，所有的基本類型內(nèi)部均由對(duì)象實(shí)現(xiàn)。

>>> a = int
>>> b = 1
>>> id(a)
140734789683952
>>> id(int)
140734789683952
>>> a
<class 'int'>
>>> id(b)
2421963817200
>>> id(1)
2421963817200
>>> b
1

1 類型對(duì)象和實(shí)例對(duì)象

Python中的類型是一種對(duì)象，稱為類型對(duì)象。整數(shù)類型、字符串類型，以及我們通過class關(guān)鍵字定義的自定義類型也是一個(gè)對(duì)象。

通過類實(shí)例化可以得到一個(gè)實(shí)例化對(duì)象，稱為實(shí)例對(duì)象

2 類型、對(duì)象體系

2.1 元類型type

前面我們提到：Python中的類型是一種對(duì)象，稱為類型對(duì)象。那么類型對(duì)象的類型又是什么呢？

>>> type(int)
<class 'type'>
>>> int.__class__
<class 'type'>

可以看到，類型的類型是type，我們稱之為元類型，但是這個(gè)類型比較特殊，它的實(shí)例對(duì)象是類型對(duì)象。此外，Python中還有一個(gè)特殊的類型object，所有其他類型都繼承于object，即object是所有類型的基類。

圖示如下：

2.2 自定義類型

除了Python的內(nèi)置類型，我們自定義一個(gè)類型MyClass，同樣地，可以得到：

2.3 自定義類型子類

再定義一個(gè)類型MySubClass，該類型為MyClass的子類：

2.4 type和object的關(guān)系

在上述示例中，我們描述了不同對(duì)象、類型之間的繼承、類型關(guān)系，但是對(duì)于兩個(gè)特殊的類型type和object的關(guān)系并沒有指出，我們先來打印看一下：

>>> type(type)
<class 'type'>
>>> type(object)
<class 'type'>
>>> type.__base__
<class 'object'>
>>> object.__base__
>>> print(object.__base__)
None

可以看到：object的類型也是type，type本身的類型也是type；而type的父類也是所有對(duì)象的父類——object，而object本身沒有父類。由此我們可以歸納出：

object是所有類型的基類（除了它自己），本質(zhì)上是一種類型，其類型是type，同時(shí)也是type的基類；

type是所有類型的類型，本質(zhì)上是一種類型，其類型是它自己，也是object的類型；

注：object本身不能有基類，這是因?yàn)?mdash;—對(duì)于存在繼承關(guān)系的類，成員屬性和成員方法查找需要回溯繼承鏈，不斷查找基類。因此，繼承鏈必須有一個(gè)終點(diǎn)，不然就會(huì)死循環(huán)。

最后我們把type和object的關(guān)系補(bǔ)充進(jìn)來：

3 可變對(duì)象與不可變對(duì)象

可變對(duì)象在創(chuàng)建之后，其值可以修改；不可變對(duì)象在創(chuàng)建之后，其值不可以進(jìn)行修改。

以Python中的整數(shù)對(duì)象為例：整數(shù)類型是不可變類型，整數(shù)對(duì)象是不可變對(duì)象。“修改整數(shù)對(duì)象”時(shí)，Python將以新值創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，變量名與新對(duì)象進(jìn)行綁定，舊對(duì)象如果沒有其他引用，則會(huì)被釋放（通過“小整數(shù)池”進(jìn)行創(chuàng)建回收優(yōu)化，具體后續(xù)介紹，這里先按下不表，后續(xù)會(huì)補(bǔ)充）。

圖示如下：

以Python中的列表對(duì)象為例：列表類型是可變類型，列表對(duì)象是可變對(duì)象。列表對(duì)象內(nèi)部會(huì)維護(hù)一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)組，存儲(chǔ)元素對(duì)象的指針，列表對(duì)象再增減對(duì)象的時(shí)候，會(huì)修改該數(shù)組，而列表對(duì)象的“頭部”（后續(xù)會(huì)詳細(xì)介紹）會(huì)保持不變：

4 變長(zhǎng)對(duì)象和定長(zhǎng)對(duì)象

定長(zhǎng)對(duì)象：對(duì)象的內(nèi)存大小一定

邊長(zhǎng)對(duì)象：同一類型，不同對(duì)象會(huì)有不同的大小

通過sys.getsizeof()可以查看一個(gè)對(duì)象的大小：

>>> import sys
>>> a = 1
>>> b = 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
>>> c = 1.0
>>> d = 1.00000000000000000000000000000000000000000000000000000001
>>> sys.getsizeof(a)
28
>>> sys.getsizeof(b)
52
>>> sys.getsizeof(c)
24
>>> sys.getsizeof(d)
24

整數(shù)對(duì)象是變長(zhǎng)對(duì)象：固定位數(shù)的整數(shù)能夠表示的范圍是有限的，故整數(shù)對(duì)象會(huì)隨著自身的數(shù)值大小而改變自身內(nèi)存大小。在Python中采用了類似C++中大整數(shù)類的思路實(shí)現(xiàn)整數(shù)對(duì)象，通過串聯(lián)多個(gè)普通32位整數(shù)來支持更大的數(shù)值范圍（詳細(xì)源碼后續(xù)介紹）。

浮點(diǎn)數(shù)對(duì)象是定長(zhǎng)對(duì)象：根據(jù)機(jī)組的知識(shí)，我們用32位表示單精度浮點(diǎn)數(shù)，用64位表示雙精度浮點(diǎn)數(shù)，它們都是定長(zhǎng)的。在Python中，浮點(diǎn)數(shù)背后是由一個(gè)double來實(shí)現(xiàn)的，就算表示很大的數(shù)，浮點(diǎn)數(shù)對(duì)象的大小也不變（這樣做的代價(jià)是犧牲了精度）。當(dāng)然，浮點(diǎn)數(shù)也是有大小限制的，可以思考下：我們通過float()將一個(gè)很大的int轉(zhuǎn)化為float時(shí)，是否會(huì)報(bào)錯(cuò)？Python底層是否做了相應(yīng)的判斷呢？

5 補(bǔ)充

變量名：我們創(chuàng)建對(duì)象時(shí)會(huì)為對(duì)象分配對(duì)應(yīng)的內(nèi)存空間，那么我們將變量名和對(duì)象綁定時(shí)，變量又是如何存儲(chǔ)的呢？

詳見Python源碼學(xué)習(xí)筆記：Python作用域與名字空間

以上就是Python萬物皆對(duì)象理解及源碼學(xué)習(xí)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Python對(duì)象的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！