python integer 实现原理

本文讲述python内部是如何管理 integer 对象的

在Python中的integer对象实际上一个 PyIntObject 结构，他的值是 long 类型的属性

typedef struct {
    PyObject_HEAD
    long ob_ival;
} PyIntObject;

为了避免每次需要一个新的整数对象时都分配一个新的整数对象，Python会预先分配一个空闲的未使用的整数对象块。

Python使用以下结构来分配整数对象，也称为PyIntObjects。初始化此结构后，将新的整数值分配给Python脚本中的对象时，即可使用整数对象。该结构称为“ PyIntBlock”，并定义为：

struct _intblock {
    struct _intblock *next;
    PyIntObject objects[N_INTOBJECTS];
};
typedef struct _intblock PyIntBlock;

当Python分配一个整数对象块时，这些对象尚未分配任何值。我们称它们为随时可以使用的免费整数对象。当程序中使用新的整数值时，将为下一个空闲对象分配一个值。设置自由整数对象的值后，将不需要内存分配，因此会很快。

块内的整数对象使用其内部指针ob_type反向链接在一起。如源代码中所述，这是对该内部指针的滥用，因此不必过多注意名称。

每个整数块都包含一个整数对象的数量，该整数对象可以容纳1K字节的块，在我的64位计算机上大约为40个PyIntObject对象。当使用一个块内的所有整数对象时，将为新块分配新的可用整数对象列表。

单链接列表用于跟踪分配的整数块。在内部被称为“ block_list”

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特定的结构用于引用小整数并共享它们，因此访问速度很快。它是262个指向整数对象的指针的数组。这些整数对象在初始化期间在我们上面看到的整数对象块中分配。小整数范围是-5到256。许多Python程序在该范围内使用整数花费大量时间，因此这是一个明智的决定。

#define NSMALLPOSINTS           257
#define NSMALLNEGINTS           5
static PyIntObject *small_ints[NSMALLNEGINTS + NSMALLPOSINTS];

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表示整数-5的整数对象在小整数数组内的偏移量0处。代表-4的整数对象的偏移量为1…

在像这样的Python脚本中定义整数时会发生什么？

>>> a=1
>>> a
1

执行第一行时，将调用函数PyInt_FromLong，其逻辑如下：

if integer value in range -5,256:
    return the integer object pointed by the small integers array at the 
    offset (value + 5).
else:
    if no free integer object available:
        allocate new block of integer objects 
    set value of the next free integer object in the current block 
    of integers.
    return integer object

在我们的示例中：小整数数组将整数1对象指向偏移量：1 + 5 =6。将返回指向该整数对象的指针，并且变量“ a”将指向该整数对象。

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再看一个不同的例子：

>>> a=300
>>> a
300

300不在小整数数组的范围内，因此下一个自由整数对象的值设置为300。

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如果查看Python 2.6源代码中的intobject.c文件，您会看到一长串函数，这些函数负责诸如加法，乘法，转换等操作。比较函数如下所示：

static int
int_compare(PyIntObject *v, PyIntObject *w)
{
    register long i = v->ob_ival;
    register long j = w->ob_ival;
    return (i < j) ? -1 : (i > j) ? 1 : 0;
}

整数对象的值存储在其long类型的ob_ival属性中。每个值都放在一个寄存器中以优化访问，并且在这两个寄存器之间进行比较。如果v指向的整数对象小于w指向的整数对象，则返回-1。相反的返回1，如果相等则返回0。

参考：

http://www.laurentluce.com/posts/python-integer-objects-implementation/