w8484855@qq.com 发表于 2017-8-7 23:21:52

Python学习之List对象详解


本文和大家分享的主要是python的List对象相关内容,一起来看看吧,希望对大家学习python有所帮助。
  起步
  typedef struct {
  PyObject_VAR_HEAD
  // ob_item为指向元素列表的指针,实际上python中list就是ob_item
  PyObject **ob_item;
  Py_ssize_t allocated;
  } PyListObject;
  allocated 表示了列表中可容纳的元素总数。我们知道 PyObject_VAR_HEAD 中有一个 ob_size这两者有什么关系了。ob_size代表当前列表中的个数。这就和C++中的vector类似了。它并不是存多少东西就申请多少内存,它会申请一块较大的内存,避免每次新增元素都要进行内存申请和元素拷贝。因此allocated和ob_size满足关系:
  1. 0 <= ob_size <= allocated2. len(list) == ob_size3. ob_item == NULL 意味着 ob_size == allocated == 0
  创建PyListObject对象
  创建列表只能通过 PyList_New 函数来创建, 该函数接受一个 size 参数,意味着列表初始化可容纳元素的个数.
  PyObject * PyList_New(Py_ssize_t size)
  {
  PyListObject *op;
  ...
  // 缓冲池是否可用
  if (numfree) {
  numfree--;
  op = free_list;
  _Py_NewReference((PyObject *)op);
  } else {
  // 缓冲池不可用时
  op = PyObject_GC_New(PyListObject, &PyList_Type);
  if (op == NULL)
  return NULL;
  }
  // 申请为PyListObject对象中维护的元素列表空间
  if (size <= 0)
  op->ob_item = NULL;
  else {
  // 空间申请size个空间的数组并重置0
  op->ob_item = (PyObject **) PyMem_Calloc(size, sizeof(PyObject *));
  }
  Py_SIZE(op) = size;
  op->allocated = size;
  _PyObject_GC_TRACK(op);
  return (PyObject *) op;
  }
  列表对象的创建需要申请两次内存, 一个是PyListObject本身,一个是元素列表(数组)的申请. numfree 缓冲池, python在创建列表时候先检查缓冲池中是否有可用的对象,如果有,则直接使用这个可用的对象.如果没有才通过 PyObject_GC_New 申请新的PyListObject对象.默认情况下, 缓冲池 free_list 中最多会维护80个PyListObject对象:
  #define PyList_MAXFREELIST 80static PyListObject *free_list;static int numfree = 0;
  而缓冲池的对象的创建时间比较奇葩,它其实是将准备回收list对象后放回缓冲池的:
  static void list_dealloc(PyListObject *op)
  {
  Py_ssize_t i;
  PyObject_GC_UnTrack(op);
  Py_TRASHCAN_SAFE_BEGIN(op)
  if (op->ob_item != NULL) {
  i = Py_SIZE(op);
  // 释放list对象中维护的每一个对象
  while (--i >= 0) {
  Py_XDECREF(op->ob_item);
  }
  PyMem_FREE(op->ob_item);
  }
  // 将list对象放回缓冲池中
  if (numfree < PyList_MAXFREELIST && PyList_CheckExact(op))
  free_list = op;
  else
  Py_TYPE(op)->tp_free((PyObject *)op);
  Py_TRASHCAN_SAFE_END(op)
  }
  设置元素
  例如在python中 list = 200 调用了PyList_SetItem:
  int PyList_SetItem(PyObject *op, Py_ssize_t i,
  PyObject *newitem)
  {
  PyObject **p;
  // 索引越界检查
  if (i < 0 || i >= Py_SIZE(op)) {
  Py_XDECREF(newitem);
  PyErr_SetString(PyExc_IndexError,
  "list assignment index out of range");
  return -1;
  }
  // 找到ob_item
  p = ((PyListObject *)op) -> ob_item + i;
  Py_XSETREF(*p, newitem);
  return 0;
  }
  #define Py_XSETREF(op, op2)                     \
  do {                                        \
  PyObject *_py_tmp = (PyObject *)(op);   \
  (op) = (op2);                           \
  Py_XDECREF(_py_tmp);                  \
  } while (0)
  python会对list对象进行类型检查,然后找到指针要放的位置, 替换为新元素后, 被替换的对象引用计数-1.
  插入对象
  对应的是python中 list.insert(2, 200) 的插入动作:
  int PyList_Insert(PyObject *op, Py_ssize_t where, PyObject *newitem)
  {
  // 类型检查
  if (!PyList_Check(op)) {
  PyErr_BadInternalCall();
  return -1;
  }
  return ins1((PyListObject *)op, where, newitem);
  }
  static int
  ins1(PyListObject *self, Py_ssize_t where, PyObject *v)
  {
  Py_ssize_t i, n = Py_SIZE(self);
  PyObject **items;
  if (list_resize(self, n+1) < 0)
  return -1;
  // 确定插入点
  if (where < 0) {
  where += n;
  if (where < 0)
  where = 0;
  }
  if (where > n)
  where = n;
  items = self->ob_item;
  // 元素后移
  for (i = n; --i >= where; )
  items = items;
  Py_INCREF(v);
  items = v;
  return 0;
  }
  函数中处理的插入点为负数和索引越界的情况后确定了插入的位置.将该位置的后面的元素统一向后移一个单位. 需要满足的是, 列表对象必须有足够的可容纳空间.因此调用了 list_resize 来确保这个条件成立.
  删除元素
  这是执行 list.remove(200) 这样的操作时:
  static PyObject *
  listremove(PyListObject *self, PyObject *v)
  {
  Py_ssize_t i;
  for (i = 0; i < Py_SIZE(self); i++) {
  int cmp = PyObject_RichCompareBool(self->ob_item, v, Py_EQ);
  // 如果相等, 删除元素
  if (cmp > 0) {
  if (list_ass_slice(self, i, i+1,
  (PyObject *)NULL) == 0)
  Py_RETURN_NONE;
  return NULL;
  }
  else if (cmp < 0)
  return NULL;
  }
  PyErr_SetString(PyExc_ValueError, "list.remove(x): x not in list");
  return NULL;
  }
  python会遍历整个列表直到找到第一个匹配的元素, 列表中没有该元素时候则会抛出异常. list_ass_slice 函数的作用类似于 list = , 当第三个参数是NULL时是 del list .


来源:栖迟於一丘

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