python常见对象的结构

1 整数对象PyIntObject

整数对象是固定大小的Python对象，内部只有一个ob_ival保存实际的整数值。

typedef struct {
    PyObject_HEAD
    long ob_ival;
} PyIntObject;

2 字符串对象PyStringObject

Python的字符串对象是一个不可变对象，任何改变字符串字面值的操作都是重新创建一个新的字符串。

字符串对象在Python中用PyStringObject表示，扩展定义后如下：

typedef struct {
  Py_ssize_t ob_refcnt;            // 引用计数
  struct _typeobject *ob_type;     // 类型指针
  Py_ssize_t ob_size；             // 字符串的长度，不计算C语言中的结尾NULL
  long ob_shash;                   // 字符串的hash值，没有计算则为-1
  int ob_sstate;                   // 字符串对象的状态： 是否interned等
  char ob_sval[1];                 // 保存字符串的内存，默认先分配1个字符，用来保存额外的末尾NULL值
 
  /* Invariants:
   *     ob_sval contains space for 'ob_size+1' elements.
   *     ob_sval[ob_size] == 0.
   *     ob_shash is the hash of the string or -1 if not computed yet.
   *     ob_sstate != 0 iff the string object is in stringobject.c's
   *       'interned' dictionary; in this case the two references
   *       from 'interned' to this object are *not counted* in ob_refcnt.
   */
} PyStringObject;

3 列表对象`PyListObject;`

typedef struct {
    PyObject_VAR_HEAD
    #ob_item是用来保存元素的指针数组
    PyObject **ob_item;
    #allocated是ob_item预先分配的内存总容量
    Py_ssize_t allocated;
} PyListObject;

4 字典对象PyDictObject

在Python中，字典是通过哈希表实现的。也就是说，字典是一个数组，而数组的索引是键经过哈希函数处理后得到的。哈希函数的目的是使键均匀地分布在数组中。由于不同的键可能具有相同的哈希值，即可能出现冲突，高级的哈希函数能够使冲突数目最小化。

以下基于C语言的数据结构用于存储字典的键/值对（也称作 entry），存储内容有哈希值，键和值。PyObject 是 Python 对象的一个基类。

typedef struct {
    Py_ssize_t me_hash;
    PyObject *me_key;
    PyObject *me_value
} PyDictEntry;

下面为字典对应的数据结构。其中，ma_fill为活动槽以及哑槽（dummy slot）的总数。当一个活动槽中的键/值对被删除后，该槽则被标记为哑槽。ma_used为活动槽的总数。ma_mask值为数组的长度减 1 ，用于计算槽的索引。ma_table为数组本身，ma_smalltable为长度为 8 的初始数组。

typedef struct _dictobject PyDictObject;
struct _dictobject {
    PyObject_HEAD
    Py_ssize_t ma_fill;
    Py_ssize_t ma_used;
    Py_ssize_t ma_mask;
    PyDictEntry *ma_table;
    PyDictEntry *(*ma_lookup)(PyDictObject *mp, PyObject *key, long hash);
    PyDictEntry ma_smalltable[PyDict_MINSIZE];
};

5 集合对象PySetObject

set与List对象相似，均为可变异构容器。但是其实现却和Dict类似，均为哈希表。具体的数据结构代码如下。

typedef struct {
    long hash;      /* cached hash code for the entry key */
    PyObject *key;
} setentry;

/*
This data structure is shared by set and frozenset objects.
*/
typedef struct _setobject PySetObject;
struct _setobject {
    PyObject_HEAD
    Py_ssize_t fill;  /* # Active + # Dummy */
    Py_ssize_t used;  /* # Active */
    /* The table contains mask + 1 slots, and that's a power of 2.
     * We store the mask instead of the size because the mask is more
     * frequently needed.
     */
    Py_ssize_t mask;
    /* table points to smalltable for small tables, else to
     * additional malloc'ed memory.  table is never NULL!  This rule
     * saves repeated runtime null-tests.
     */
    setentry *table;
    setentry *(*lookup)(PySetObject *so, PyObject *key, long hash);
    setentry smalltable[PySet_MINSIZE];
    long hash;                  /* only used by frozenset objects */
    PyObject *weakreflist;      /* List of weak references */
};