Python源码解析之List
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2022-03-30 10:58:10
一、列表结构体创建列表c语言底层的结构体lists = []list.append('name')list.append('age')list.append('grade')typedef struc...
一、列表结构体
创建列表c语言底层的结构体
lists = [] list.append('name') list.append('age') list.append('grade')
typedef struct{ struct _object *_ob_next; struct _object *_ob_prev; // python内部将对象放在链表进行内存管理 py_ssize_t ob_refcnt; // 引用计数器,就是多少变量用了它 pyobject **ob_item; // 指针的指针,存列表的元素 py_ssize_t ob_size; // 已有元素个数 py_ssize_t allocated; // 列表容量,可容纳个数 } pylistobject;
c源码来自 listobject.c
二、创建列表
name_list = [ ]
pyobject * pylist_new(py_ssize_t size) { pylistobject *op; size_t nbytes; #ifdef show_alloc_count static int initialized = 0; if (!initialized) { py_atexit(show_alloc); initialized = 1; } #endif // 缓存机制 if (size < 0) { pyerr_badinternalcall(); return null; } /* check for overflow without an actual overflow, * which can cause compiler to optimise out */ if ((size_t)size > py_size_max / sizeof(pyobject *)) return pyerr_nomemory(); nbytes = size * sizeof(pyobject *); if (numfree) { numfree--; op = free_list[numfree]; _py_newreference((pyobject *)op); #ifdef show_alloc_count count_reuse++; #endif } else { op = pyobject_gc_new(pylistobject, &pylist_type); if (op == null) return null;py #ifdef show_alloc_count count_alloc++; #endif } if (size <= 0) op->ob_item = null; else { op->ob_item = (pyobject **) pymem_malloc(nbytes); if (op->ob_item == null) { py_decref(op); return pyerr_nomemory(); } memset(op->ob_item, 0, nbytes); } py_size(op) = size; // 元素个数 op->allocated = size; // 容量 _pyobject_gc_track(op); //放到双向链表进行维护 return (pyobject *) op; //返回列表的指针 }
三、添加元素
list中插入一个元素时,扩容连续的内存地址(容量),在内存创建需要插入的内容p,将地址*p放入list的空间中,所以,pylistobject的ob_item是指针的指针
扩容的曲线一般就是0,4,8,16,24…
// 添加元素 static int app1(pylistobject *self, pyobject *v) { // 获取实际元素个数 py_ssize_t n = pylist_get_size(self); assert (v != null); if (n == py_ssize_t_max) { pyerr_setstring(pyexc_overflowerror, "cannot add more objects to list"); return -1; } // 计算当前容量和内部元素个数 // 直接添加元素/扩容添加 if (list_resize(self, n+1) == -1) return -1; // 将元素添加到ob_item,v py_incref(v); pylist_set_item(self, n, v); return 0; }
- 扩容
// 扩容机制 // newsize: 已存在元素个数+1 static int list_resize(pylistobject *self, py_ssize_t newsize) { pyobject **items; size_t new_allocated; py_ssize_t allocated = self->allocated; // 当前的容量 // 1,容量大于个数 // 2,个数大于容量的一半(容量足够且没有内存浪费) if (allocated >= newsize && newsize >= (allocated >> 1)) { assert(self->ob_item != null || newsize == 0); py_size(self) = newsize; return 0; } /* * the growth pattern is: 0, 4, 8, 16, 25, 35, 46, 58, 72, 88, ... */ // 扩容机制的算法 new_allocated = (newsize >> 3) + (newsize < 9 ? 3 : 6); /* check for integer overflow */ if (new_allocated > py_size_max - newsize) { pyerr_nomemory(); return -1; } else { new_allocated += newsize; } if (newsize == 0) new_allocated = 0; // 扩容/缩容(涉及原来元素的迁移) items = self->ob_item; if (new_allocated <= (py_size_max / sizeof(pyobject *))) pymem_resize(items, pyobject *, new_allocated); else items = null; if (items == null) { pyerr_nomemory(); return -1; } // 赋值,更新个数和容量 self->ob_item = items; py_size(self) = newsize; self->allocated = new_allocated; return 0; }
四、移除元素
list.pop()
删除最后一个元素只需要修改size,不需要清除数据,下次append可以直接覆盖这个位置
指定索引位置移除后,向前补位
static pyobject * listpop(pylistobject *self, pyobject *args) { py_ssize_t i = -1; pyobject *v; int status; if (!pyarg_parsetuple(args, "|n:pop", &i)) return null; if (py_size(self) == 0) { /* special-case most common failure cause */ pyerr_setstring(pyexc_indexerror, "pop from empty list"); return null; } if (i < 0) i += py_size(self); if (i < 0 || i >= py_size(self)) { pyerr_setstring(pyexc_indexerror, "pop index out of range"); return null; } v = self->ob_item[i]; // 删除最后一个,仅改变size if (i == py_size(self) - 1) { status = list_resize(self, py_size(self) - 1); assert(status >= 0); return v; /* and v now owns the reference the list had */ } py_incref(v); // 不是最后一个,需要移动数据位置 status = list_ass_slice(self, i, i+1, (pyobject *)null); assert(status >= 0); /* use status, so that in a release build compilers don't * complain about the unused name. */ (void) status; return v; }
五、清空
list.clear()
static int list_clear(pylistobject *a) { py_ssize_t i; pyobject **item = a->ob_item; if (item != null) { i = py_size(a); // 各个元素设置为空 py_size(a) = 0; a->ob_item = null; a->allocated = 0; // 引用计数器-1 while (--i >= 0) { py_xdecref(item[i]); } pymem_free(item); } return 0; }
六、销毁
del list
销毁列表对象的操作
将列表的引用计数-1
引用计数>0,还有应用的话不做操作
引用计数=0,没人使用
- 处理列表的元素,将所有引用计数-1(gc回收0计数)
- ob_item=0,ob_size=0,ob_allocated=0
- 将列表从双向链表移除,可以销毁
- 为了提高效率,python结束期在内部为free_list缓存80个list,存放无使用的list,再创建的时候直接从缓存中拿来初始化。如果已经存了80个,del 的时候直接在内存中销毁对象
static void list_dealloc(pylistobject *op) { py_ssize_t i; // 判断引用计数是否为0 pyobject_gc_untrack(op); py_trashcan_safe_begin(op) if (op->ob_item != null) { i = py_size(op); while (--i >= 0) { py_xdecref(op->ob_item[i]); } pymem_free(op->ob_item); } // free_list没有80个的话缓存这个list if (numfree < pylist_maxfreelist && pylist_checkexact(op)) free_list[numfree++] = op; else py_type(op)->tp_free((pyobject *)op); py_trashcan_safe_end(op) }
就是说创建列表时,实际上不会直接开辟内存,而是先看看free_list
# 两次list的地址相同 >>> list1=[1,2,3] >>> id(list1) 69070216l >>> del list1 >>> list2=[0,0,0] >>> id(list2) 69303304l >>>
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