object

PyObject

在python中所有的一切都是对象，对象都有一些相同的内容，这些内容在PyObject中被定义，也就是说，PyObject中出现的内容都将出现在python对象的开始几个字节中，PyObject的定义如下

typedef struct _object {
    _PyObject_HEAD_EXTRA
    Py_ssize_t ob_refcnt;
    PyTypeObject *ob_type;
} PyObject;

• 在PyObject中，_PyObject_HEAD_EXTRA是另外定义的宏，在_PyObject_HEAD_EXTRA中定义了一个前向指针和一个后向指针，python使用双向链表将堆中的活跃元素串联起来。

  #define _PyObject_HEAD_EXTRA            \
      struct _object *_ob_next;           \
      struct _object *_ob_prev;
  

• ob_refcnt字段指引用计数，这与python内存回收机制有关。
• ob_type是一个指向_typeobject的指针，由于使用了typedef创建了别名：typedef struct _typeobject PyTypeObject;，所以在此使用PyTypeObject定义ob_type。ob_type用于指明这个对象的类型

PyVarObject

由于python中存在定长变量与变长变量之分，即不同定长对象占用内存大小相同，不同变长对象占用内存大小可能不同，上述的PyObject不能解决变长变量的问题，故在python中定义了PyVarObject

typedef struct {
    PyObject ob_base;
    Py_ssize_t ob_size; /* Number of items in variable part */
} PyVarObject;

• 变长对象开始几个字节也是PyObject中定义的内容，但多添加了一项ob_size，由注释可知，它代表着变长对象的元素个数。由于是PyObject定义的前几个字节，所以在python中我们可以使用PyObject * 引用所有的python对象。

_typeobject

在PyObject中我们定义了ob_type，由于这个对象指明了python对象的类型，所以这个对象应当保存了python对象的元信息，包括占用的内存空间大小等。其大致包含以下几个方面：

struct _typeobject {
    PyObject_VAR_HEAD
    const char *tp_name; /* For printing, in format "<module>.<name>" */
    Py_ssize_t tp_basicsize, tp_itemsize; /* For allocation */
    /* Methods to implement standard operations */
    ...
    /* Method suites for standard classes */
    ...
    /* More standard operations (here for binary compatibility) */
    ...
    /* Functions to access object as input/output buffer */
    ...
    /* Flags to define presence of optional/expanded features */
    ...
    /* Documentation string */
    ...
    /* Assigned meaning in release 2.0 */
    /* call function for all accessible objects */
    ...
    /* delete references to contained objects */
    ...
    /* Assigned meaning in release 2.1 */
    /* rich comparisons */
    ...
    /* weak reference enabler */
    ...
    /* Iterators */
    ...
    /* Attribute descriptor and subclassing stuff */
    ...
    // Strong reference on a heap type, borrowed reference on a static type
    ...
    /* Type attribute cache version tag. Added in version 2.6 */
    ...
};

• 类型名
• 创建对象时应当预分配的空间大小
• 与此对象相关的操作信息，比如一些函数指针，这些函数指针最后会指向某个函数或者指向null，这些指针将决定这个对象的行为。
• 类型的类型

PyType_Type

我们发现_typeobject开头是PyVarObject，那么_typeobject对象内部也会有ob_type字段，其中ob_type字段就指向PyType_Type，即对象类型的类型。对象类型的类型这个对象是由PyTypeObject定义的，也就是_typeobject定义的（因为我们使用了宏定义typedef struct _typeobject PyTypeObject;，）

PyTypeObject PyType_Type = {
    PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0)
    "type",                                     /* tp_name */
    sizeof(PyHeapTypeObject),                   /* tp_basicsize */
    sizeof(PyMemberDef),                        /* tp_itemsize */
    ...
};

• PyVarObject_HEAD_INIT是定义初始化宏函数，在object.h中定义

  #define PyObject_HEAD_INIT(type)        \
      { _PyObject_EXTRA_INIT              \
      1, type },
  
  #define PyVarObject_HEAD_INIT(type, size)       \
      { PyObject_HEAD_INIT(type) size },

• 我们发现PyType_Type对象的类型被指向了自身。所有的python对象最后都会指向PyType_Type

• 我们可以在python中观察到

  >>> num = 1
  >>> num.__class__
  <type 'int'>
  >>> num.__class__.__class__
  <type 'type'>
  >>> num.__class__.__class__.__class__
  <type 'type'>
  >>> num.__class__.__class__ is type
  True
  >>>