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分类: C/C++

2013-02-22 14:49:10

每每看到什么内部原理,深入剖析,大全之类的字眼,总是对书的作者崇拜的五体投地,但是随着自己技术阅历的增加,发现自己昔日
心目中的大神的地位开始动摇,发现在偶看来很高深的知识,原来都是官方文档,很多东西都是自描述的,很多东西官网上面都有详细的介绍,
只是自己从来没有遇到过,mysql如此,rabbitmq如此,python也是如此,得出的结论就是要向对技术了解的比较深,一定要重视官方文档,特别
是开源项目~~~~~~~~~~~~~~~~~

layout of source  code :
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install-sh      Shell script used to install files
setup.py        Python script used to build extension modules

在进行python的源码研究之前,先要把C的基本功熟悉一把,在python的include中,宏使用的频率还是很高的,高频率的使用,使得
python的源码的理解难度增大


基本功1 宏续行
example1:
#define _PyObject_HEAD_EXTRA            \
    struct _object *_ob_next;           \
    struct _object *_ob_prev;
基本功2 条件编译
两种方式: 
#if
#ifdef  
example2: 
#if defined(Py_DEBUG) && !defined(Py_TRACE_REFS)
#define Py_TRACE_REFS
#endif

#ifdef Py_TRACE_REFS
/* Define pointers to support a doubly-linked list of all live heap objects. */
#define _PyObject_HEAD_EXTRA            \
    struct _object *_ob_next;           \
    struct _object *_ob_prev;

#define _PyObject_EXTRA_INIT 0, 0,

#else
#define _PyObject_HEAD_EXTRA
#define _PyObject_EXTRA_INIT
#endif
基本功3: 宏替换:
example3
/* PyObject_HEAD defines the initial segment of every PyObject. */
#define PyObject_HEAD                   \
    _PyObject_HEAD_EXTRA                \
    Py_ssize_t ob_refcnt;               \
    struct _typeobject *ob_type;

typedef struct _object {
    PyObject_HEAD
} PyObject;    
基本功4 类型定义
typedef int Py_ssize_t;
基本功5 指向函数的指针以及类型定义
typedef PyObject *(*getiterfunc) (PyObject *);
typedef PyObject *(*iternextfunc) (PyObject *);
C的声明相对还是比较复杂,我们可以按照声明并使用的原则进行解读:
PyObject *(*iternextfunc) (PyObject *)
*(*iternextfunc) (PyObject *)是一个PyObject
(*iternextfunc) (PyObject *)为一个指向PyObject类型的函数指针
(*iternextfunc)为一个函数
*iternextfunc代表函数本身,
iternextfunc代表指向函数的指针
基本功5 交换链接:
extern "C" {
}
这样理解一下是不是会好一点? 说完了宏,接着不得不说的就是结构体,Cpython使用结构体来模拟python的继承与多态------python中一切皆对象


python中的对象主要分为两种,一种是定长对象,一种是变长对象,在宏的部分,我们已经给出定长对象的定义:

typedef struct _object {

    PyObject_HEAD

} PyObject; 
其它定长对象于该对象相比,都具有相同结构的对象头,即所有对象进行解析的时候,开始部分是相同的,都可以使用 *PyObject 进行访问。
基本数据类型的对象的大小都是都通过
 struct _typeobject *ob_type;
 来进行确定的,该结构指向了一个对象所属的类型,而所有对象类型的泛型定义如下:
 typedef struct _typeobject {

    PyObject_VAR_HEAD

    const char *tp_name; /* For printing, in format "." */

    Py_ssize_t tp_basicsize, tp_itemsize; /* For allocation */





    /* Methods to implement standard operations */





    destructor tp_dealloc;

    printfunc tp_print;

    getattrfunc tp_getattr;

    setattrfunc tp_setattr;

    cmpfunc tp_compare;

    reprfunc tp_repr;





    /* Method suites for standard classes */





    PyNumberMethods *tp_as_number;

    PySequenceMethods *tp_as_sequence;

    PyMappingMethods *tp_as_mapping;





    /* More standard operations (here for binary compatibility) */





    hashfunc tp_hash;

    ternaryfunc tp_call;

    reprfunc tp_str;

    getattrofunc tp_getattro;

    setattrofunc tp_setattro;





    /* Functions to access object as input/output buffer */

    PyBufferProcs *tp_as_buffer;





    /* Flags to define presence of optional/expanded features */

    long tp_flags;





    const char *tp_doc; /* Documentation string */





    /* Assigned meaning in release 2.0 */

    /* call function for all accessible objects */

    traverseproc tp_traverse;





    /* delete references to contained objects */

    inquiry tp_clear;





    /* Assigned meaning in release 2.1 */

    /* rich comparisons */

    richcmpfunc tp_richcompare;





    /* weak reference enabler */

    Py_ssize_t tp_weaklistoffset;





    /* Added in release 2.2 */

    /* Iterators */

    getiterfunc tp_iter;

    iternextfunc tp_iternext;





    /* Attribute descriptor and subclassing stuff */

    struct PyMethodDef *tp_methods;

    struct PyMemberDef *tp_members;

    struct PyGetSetDef *tp_getset;

    struct _typeobject *tp_base;

    PyObject *tp_dict;

    descrgetfunc tp_descr_get;

    descrsetfunc tp_descr_set;

    Py_ssize_t tp_dictoffset;

    initproc tp_init;

    allocfunc tp_alloc;

    newfunc tp_new;

    freefunc tp_free; /* Low-level free-memory routine */

    inquiry tp_is_gc; /* For PyObject_IS_GC */

    PyObject *tp_bases;

    PyObject *tp_mro; /* method resolution order */

    PyObject *tp_cache;

    PyObject *tp_subclasses;

    PyObject *tp_weaklist;

    destructor tp_del;





    /* Type attribute cache version tag. Added in version 2.6 */

    unsigned int tp_version_tag;





#ifdef COUNT_ALLOCS

    /* these must be last and never explicitly initialized */

    Py_ssize_t tp_allocs;

    Py_ssize_t tp_frees;

    Py_ssize_t tp_maxalloc;

    struct _typeobject *tp_prev;

    struct _typeobject *tp_next;

#endif

} PyTypeObject;
python中所有对象的类型对象都具有上述结构的定义。
    /* Method suites for standard classes */





    PyNumberMethods *tp_as_number;

    PySequenceMethods *tp_as_sequence;

    PyMappingMethods *tp_as_mapping;
上述三个声明,确定了一个类型可以进行操作方法集的集合,所有基本数据类型中以Int数据类型最为简单,我们以它为例:
int 对象的声明:
typedef struct {
    PyObject_HEAD

    long ob_ival;

} PyIntObject;
可以看到python中的int就是对C中long数据的一个封装。
然后看看int 类型对象的声明:
PyTypeObject PyInt_Type = {

    PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0)

    "int",

    sizeof(PyIntObject),

    0,

    (destructor)int_dealloc,                    /* tp_dealloc */

    (printfunc)int_print,                       /* tp_print */

    0,                                          /* tp_getattr */

    0,                                          /* tp_setattr */

    (cmpfunc)int_compare,                       /* tp_compare */

    (reprfunc)int_to_decimal_string,            /* tp_repr */

    &int_as_number,                             /* tp_as_number */

    0,                                          /* tp_as_sequence */

    0,                                          /* tp_as_mapping */

    (hashfunc)int_hash,                         /* tp_hash */

    0,                                          /* tp_call */

    (reprfunc)int_to_decimal_string,            /* tp_str */

    PyObject_GenericGetAttr,                    /* tp_getattro */

    0,                                          /* tp_setattro */

    0,                                          /* tp_as_buffer */

    Py_TPFLAGS_DEFAULT | Py_TPFLAGS_CHECKTYPES |

        Py_TPFLAGS_BASETYPE | Py_TPFLAGS_INT_SUBCLASS,          /* tp_flags */

    int_doc,                                    /* tp_doc */

    0,                                          /* tp_traverse */

    0,                                          /* tp_clear */

    0,                                          /* tp_richcompare */

    0,                                          /* tp_weaklistoffset */

    0,                                          /* tp_iter */

    0,                                          /* tp_iternext */

    int_methods,                                /* tp_methods */

    0,                                          /* tp_members */

    int_getset,                                 /* tp_getset */

    0,                                          /* tp_base */

    0,                                          /* tp_dict */

    0,                                          /* tp_descr_get */

    0,                                          /* tp_descr_set */

    0,                                          /* tp_dictoffset */

    0,                                          /* tp_init */

    0,                                          /* tp_alloc */

    int_new,                                    /* tp_new */

    (freefunc)int_free,                         /* tp_free */

};


python中的对象主要分为两种,一种是定长对象,一种是变长对象,在宏的部分,我们已经给出定长对象的定义:

typedef struct _object {

    PyObject_HEAD

} PyObject; 
其它定长对象于该对象相比,都具有相同结构的对象头,即所有对象进行解析的时候,开始部分是相同的,都可以使用 *PyObject 进行访问。
基本数据类型的对象的大小都是都通过
 struct _typeobject *ob_type;

 来进行确定的,该结构指向了一个对象所属的类型,而所有对象类型的泛型定义如下:
 typedef struct _typeobject {

    PyObject_VAR_HEAD

    const char *tp_name; /* For printing, in format "." */

    Py_ssize_t tp_basicsize, tp_itemsize; /* For allocation */





    /* Methods to implement standard operations */





    destructor tp_dealloc;

    printfunc tp_print;

    getattrfunc tp_getattr;

    setattrfunc tp_setattr;

    cmpfunc tp_compare;

    reprfunc tp_repr;





    /* Method suites for standard classes */





    PyNumberMethods *tp_as_number;

    PySequenceMethods *tp_as_sequence;

    PyMappingMethods *tp_as_mapping;





    /* More standard operations (here for binary compatibility) */





    hashfunc tp_hash;

    ternaryfunc tp_call;

    reprfunc tp_str;

    getattrofunc tp_getattro;

    setattrofunc tp_setattro;





    /* Functions to access object as input/output buffer */

    PyBufferProcs *tp_as_buffer;





    /* Flags to define presence of optional/expanded features */

    long tp_flags;





    const char *tp_doc; /* Documentation string */





    /* Assigned meaning in release 2.0 */

    /* call function for all accessible objects */

    traverseproc tp_traverse;





    /* delete references to contained objects */

    inquiry tp_clear;





    /* Assigned meaning in release 2.1 */

    /* rich comparisons */

    richcmpfunc tp_richcompare;





    /* weak reference enabler */

    Py_ssize_t tp_weaklistoffset;





    /* Added in release 2.2 */

    /* Iterators */

    getiterfunc tp_iter;

    iternextfunc tp_iternext;





    /* Attribute descriptor and subclassing stuff */

    struct PyMethodDef *tp_methods;

    struct PyMemberDef *tp_members;

    struct PyGetSetDef *tp_getset;

    struct _typeobject *tp_base;

    PyObject *tp_dict;

    descrgetfunc tp_descr_get;

    descrsetfunc tp_descr_set;

    Py_ssize_t tp_dictoffset;

    initproc tp_init;

    allocfunc tp_alloc;

    newfunc tp_new;

    freefunc tp_free; /* Low-level free-memory routine */

    inquiry tp_is_gc; /* For PyObject_IS_GC */

    PyObject *tp_bases;

    PyObject *tp_mro; /* method resolution order */

    PyObject *tp_cache;

    PyObject *tp_subclasses;

    PyObject *tp_weaklist;

    destructor tp_del;





    /* Type attribute cache version tag. Added in version 2.6 */

    unsigned int tp_version_tag;





#ifdef COUNT_ALLOCS

    /* these must be last and never explicitly initialized */

    Py_ssize_t tp_allocs;

    Py_ssize_t tp_frees;

    Py_ssize_t tp_maxalloc;

    struct _typeobject *tp_prev;

    struct _typeobject *tp_next;

#endif

} PyTypeObject;

python中所有对象的类型对象都具有上述结构的定义。




    /* Method suites for standard classes */





    PyNumberMethods *tp_as_number;

    PySequenceMethods *tp_as_sequence;

    PyMappingMethods *tp_as_mapping;

上述三个声明,确定了一个类型可以进行操作方法集的集合,所有基本数据类型中以Int数据类型最为简单,我们以它为例:
int 对象的声明:
typedef struct {

    PyObject_HEAD

    long ob_ival;

} PyIntObject;
可以看到python中的int就是对C中long数据的一个封装。
然后看看int 类型对象的声明:
PyTypeObject PyInt_Type = {

    PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0)

    "int",

    sizeof(PyIntObject),

    0,

    (destructor)int_dealloc,                    /* tp_dealloc */

    (printfunc)int_print,                       /* tp_print */

    0,                                          /* tp_getattr */

    0,                                          /* tp_setattr */

    (cmpfunc)int_compare,                       /* tp_compare */

    (reprfunc)int_to_decimal_string,            /* tp_repr */

    &int_as_number,                             /* tp_as_number */

    0,                                          /* tp_as_sequence */

    0,                                          /* tp_as_mapping */

    (hashfunc)int_hash,                         /* tp_hash */

    0,                                          /* tp_call */

    (reprfunc)int_to_decimal_string,            /* tp_str */

    PyObject_GenericGetAttr,                    /* tp_getattro */

    0,                                          /* tp_setattro */

    0,                                          /* tp_as_buffer */

    Py_TPFLAGS_DEFAULT | Py_TPFLAGS_CHECKTYPES |

        Py_TPFLAGS_BASETYPE | Py_TPFLAGS_INT_SUBCLASS,          /* tp_flags */

    int_doc,                                    /* tp_doc */

    0,                                          /* tp_traverse */

    0,                                          /* tp_clear */

    0,                                          /* tp_richcompare */

    0,                                          /* tp_weaklistoffset */

    0,                                          /* tp_iter */

    0,                                          /* tp_iternext */

    int_methods,                                /* tp_methods */

    0,                                          /* tp_members */

    int_getset,                                 /* tp_getset */

    0,                                          /* tp_base */

    0,                                          /* tp_dict */

    0,                                          /* tp_descr_get */

    0,                                          /* tp_descr_set */

    0,                                          /* tp_dictoffset */

    0,                                          /* tp_init */

    0,                                          /* tp_alloc */

    int_new,                                    /* tp_new */

    (freefunc)int_free,                         /* tp_free */

};

可以看到PyInt_Type是PyTypeObject类型的对象,并进行了结构体的初始化,该数据类型相对来说比较简单,
因此很多函数指针的指针的值都为0,基本数据类型没有iterator,从上面的初始化就可以看出。我们需要注意的是
&int_as_number,                             /* tp_as_number */
该变量为静态变量,变量的声明位于类型对象的声明之上:


static PyNumberMethods int_as_number = {
    (binaryfunc)int_add,        /*nb_add*/
    (binaryfunc)int_sub,        /*nb_subtract*/
    (binaryfunc)int_mul,        /*nb_multiply*/
    (binaryfunc)int_classic_div, /*nb_divide*/
    (binaryfunc)int_mod,        /*nb_remainder*/
    (binaryfunc)int_divmod,     /*nb_divmod*/
    (ternaryfunc)int_pow,       /*nb_power*/
    (unaryfunc)int_neg,         /*nb_negative*/
    (unaryfunc)int_int,         /*nb_positive*/
    (unaryfunc)int_abs,         /*nb_absolute*/
    (inquiry)int_nonzero,       /*nb_nonzero*/
    (unaryfunc)int_invert,      /*nb_invert*/
    (binaryfunc)int_lshift,     /*nb_lshift*/
    (binaryfunc)int_rshift,     /*nb_rshift*/
    (binaryfunc)int_and,        /*nb_and*/
    (binaryfunc)int_xor,        /*nb_xor*/
    (binaryfunc)int_or,         /*nb_or*/
    int_coerce,                 /*nb_coerce*/
    (unaryfunc)int_int,         /*nb_int*/
    (unaryfunc)int_long,        /*nb_long*/
    (unaryfunc)int_float,       /*nb_float*/
    (unaryfunc)int_oct,         /*nb_oct*/
    (unaryfunc)int_hex,         /*nb_hex*/
    0,                          /*nb_inplace_add*/
    0,                          /*nb_inplace_subtract*/
    0,                          /*nb_inplace_multiply*/
    0,                          /*nb_inplace_divide*/
    0,                          /*nb_inplace_remainder*/
    0,                          /*nb_inplace_power*/
    0,                          /*nb_inplace_lshift*/
    0,                          /*nb_inplace_rshift*/
    0,                          /*nb_inplace_and*/
    0,                          /*nb_inplace_xor*/
    0,                          /*nb_inplace_or*/
    (binaryfunc)int_div,        /* nb_floor_divide */
    (binaryfunc)int_true_divide, /* nb_true_divide */
    0,                          /* nb_inplace_floor_divide */
    0,                          /* nb_inplace_true_divide */
    (unaryfunc)int_int,         /* nb_index */
};
该变量定义了int数据类型所支持的很多操作;结构体的声明如下:
typedef struct {
    /* For numbers without flag bit Py_TPFLAGS_CHECKTYPES set, all
       arguments are guaranteed to be of the object's type (modulo
       coercion hacks -- i.e. if the type's coercion function
       returns other types, then these are allowed as well).  Numbers that
       have the Py_TPFLAGS_CHECKTYPES flag bit set should check *both*
       arguments for proper type and implement the necessary conversions
       in the slot functions themselves. */

    binaryfunc nb_add;
    binaryfunc nb_subtract;
    binaryfunc nb_multiply;
    binaryfunc nb_divide;
    binaryfunc nb_remainder;
    binaryfunc nb_divmod;
    ternaryfunc nb_power;
    unaryfunc nb_negative;
    unaryfunc nb_positive;
    unaryfunc nb_absolute;
    inquiry nb_nonzero;
    unaryfunc nb_invert;
    binaryfunc nb_lshift;
    binaryfunc nb_rshift;
    binaryfunc nb_and;
    binaryfunc nb_xor;
    binaryfunc nb_or;
    coercion nb_coerce;
    unaryfunc nb_int;
    unaryfunc nb_long;
    unaryfunc nb_float;
    unaryfunc nb_oct;
    unaryfunc nb_hex;
    /* Added in release 2.0 */
    binaryfunc nb_inplace_add;
    binaryfunc nb_inplace_subtract;
    binaryfunc nb_inplace_multiply;
    binaryfunc nb_inplace_divide;
    binaryfunc nb_inplace_remainder;
    ternaryfunc nb_inplace_power;
    binaryfunc nb_inplace_lshift;
    binaryfunc nb_inplace_rshift;
    binaryfunc nb_inplace_and;
    binaryfunc nb_inplace_xor;
    binaryfunc nb_inplace_or;

    /* Added in release 2.2 */
    /* The following require the Py_TPFLAGS_HAVE_CLASS flag */
    binaryfunc nb_floor_divide;
    binaryfunc nb_true_divide;
    binaryfunc nb_inplace_floor_divide;
    binaryfunc nb_inplace_true_divide;

    /* Added in release 2.5 */
    unaryfunc nb_index;
} PyNumberMethods;
该结构体一共声明了39个int类型数据可以进行的操作,至于是否实现根据版本的不同进行讨论,我们不在继续深入。 这样我们就知道, python中所有的int对象都是 PyIntObject的实例; 而对象的本身的信息(如大小,加减乘除操作的信息)是通过PyInt_Type类型获得,那么自然而然的一个问题就是,PyInt_Type的信息是根据什么过的呢?
PyTypeObject PyInt_Type = {
    PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0)
从PyInt_Typ的初始化信息,下面需要观察的结构体就是PyType_Type
#define PyObject_HEAD_INIT(type)        \
    _PyObject_EXTRA_INIT                \
    1, type,

#define PyVarObject_HEAD_INIT(type, size)       \
    PyObject_HEAD_INIT(type) size,
采用宏来进行初始化,现在我们唯一需要关注就是传入的参数PyType_Type--谜底马上就要揭开,不要走开
PyTypeObject PyType_Type = {
    PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0)
    "type",                                     /* tp_name */
    sizeof(PyHeapTypeObject),                   /* tp_basicsize */
    sizeof(PyMemberDef),                        /* tp_itemsize */
    (destructor)type_dealloc,                   /* tp_dealloc */
    0,                                          /* tp_print */
    0,                                          /* tp_getattr */
    0,                                          /* tp_setattr */
    0,                                  /* tp_compare */
    (reprfunc)type_repr,                        /* tp_repr */
    0,                                          /* tp_as_number */
    0,                                          /* tp_as_sequence */
    0,                                          /* tp_as_mapping */
    (hashfunc)_Py_HashPointer,                  /* tp_hash */
    (ternaryfunc)type_call,                     /* tp_call */
    0,                                          /* tp_str */
    (getattrofunc)type_getattro,                /* tp_getattro */
    (setattrofunc)type_setattro,                /* tp_setattro */
    0,                                          /* tp_as_buffer */
    Py_TPFLAGS_DEFAULT | Py_TPFLAGS_HAVE_GC |
        Py_TPFLAGS_BASETYPE | Py_TPFLAGS_TYPE_SUBCLASS,         /* tp_flags */
    type_doc,                                   /* tp_doc */
    (traverseproc)type_traverse,                /* tp_traverse */
    (inquiry)type_clear,                        /* tp_clear */
    type_richcompare,                                           /* tp_richcompare */
    offsetof(PyTypeObject, tp_weaklist),        /* tp_weaklistoffset */
    0,                                          /* tp_iter */
    0,                                          /* tp_iternext */
    type_methods,                               /* tp_methods */
    type_members,                               /* tp_members */
    type_getsets,                               /* tp_getset */
    0,                                          /* tp_base */
    0,                                          /* tp_dict */
    0,                                          /* tp_descr_get */
    0,                                          /* tp_descr_set */
    offsetof(PyTypeObject, tp_dict),            /* tp_dictoffset */
    type_init,                                  /* tp_init */
    0,                                          /* tp_alloc */
    type_new,                                   /* tp_new */
    PyObject_GC_Del,                            /* tp_free */
    (inquiry)type_is_gc,                        /* tp_is_gc */
};

可以进行如下的测试: >>> type(int)  

>>> type(5)  

>>> a=1

 >>> b=1 

>>> hex(id(a)) '0x12aa2d8' 

>>> hex(id(b)) '0x12aa2d8' 

使用了对象缓冲池技术,后续继续研究

REF:

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c pitfall and trap



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