PyObject和Python链

PyObjectPyTypeObjectIPython更好的交互体验python链python 域

PyObject

参考文章

• http://www.lll.plus/zh/blog/content?id=1428
• http://www.lll.plus/zh/blog/content?id=1439

主要是了解和记录一下，感觉是比较深奥的，得沉淀一下

CPython中的 object.h

 // object.h
 /* Nothing is actually declared to be a PyObject, but every pointer to
  * a Python object can be cast to a PyObject*.  This is inheritance built
  * by hand.  Similarly every pointer to a variable-size Python object can,
  * in addition, be cast to PyVarObject*.
  */
 struct _object {
     _PyObject_HEAD_EXTRA
     Py_ssize_t ob_refcnt;
     PyTypeObject *ob_type;
 };
 ​
 // pytypedefs.h
 typedef struct _object PyObject;

翻译了一下注释内容：

实际上并没有声明任何东西为 PyObject，但每个指向 Python 对象的指针都可以转换为 PyObject*。这是手动构建的继承。同样，每个指向可变大小 Python 对象的指针，除了可以转换为 PyVarObject* 之外，还可以转换为 PyVarObject*

--->看一下这个例子，各个类型的继承关系

 In [5]: int.__mro__
 Out[5]: (int, object)
 ​
 In [6]: str.__mro__
 Out[6]: (str, object)
 ​
 In [7]: float.__mro__
 Out[7]: (float, object)
 ​
 In [8]: object.__mro__
 Out[8]: (object,)

 // floatobject.h
 typedef struct {
     PyObject_HEAD
     double ob_fval;
 } PyFloatObject;
 ​
 // object.h
 /* PyObject_HEAD defines the initial segment of every PyObject. */
 #define PyObject_HEAD                   PyObject ob_base;

其中``PyObject_HEAD` 是一个宏定义

double ob_fval: 这是一个 double 类型的字段，用于存储浮点数的值

再看下面的

 #define PyObject_HEAD                   PyObject ob_base;

PyObject_HEAD: 这个宏定义了 PyObject 的基本头部。它展开后就是 PyObject ob_base;，这意味着 PyObject_HEAD 实际上就是 struct _object 的定义。

在 C 语言中，宏（Macro）是一种预处理指令，用于在编译之前替换代码中的文本。宏通常用于定义常量、简化代码、减少重复代码等

我们可以展开来看：

 typedef struct {
     PyObject ob_base;  // 包含引用计数和类型信息
     double ob_fval;    // 浮点数的值
 } PyFloatObject;

**总的来说---> **PyFloatObject 是一个结构体，它继承了 PyObject 的基本结构，并添加了一个 double 类型的字段 ob_fval，用于存储浮点数的值。这种设计使得 PyFloatObject 可以被视为一个 PyObject，并且可以通过指针转换来访问其基本属性和方法。

所以说object是任何类型的父类，或者说，python中的任何一个类都继承自object类，除了object自己外

PyTypeObject

 // If this structure is modified, Doc/includes/typestruct.h should be updated
 // as well.
 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 */
 ​
     destructor tp_dealloc;
     Py_ssize_t tp_vectorcall_offset;
     getattrfunc tp_getattr;
     setattrfunc tp_setattr;
     PyAsyncMethods *tp_as_async; /* formerly known as tp_compare (Python 2)
                                     or tp_reserved (Python 3) */
     reprfunc tp_repr;
 ​
     /* Method suites for standard classes */
 ​
     PyNumberMethods *tp_as_number;
     PySequenceMethods *tp_as_sequence;
     PyMappingMethods *tp_as_mapping;
 ​
     /* More standard operations (here for binary compatibility) */
 ​
     hashfunc tp_hash;
     ternaryfunc tp_call;
     reprfunc tp_str;
     getattrofunc tp_getattro;
     setattrofunc tp_setattro;
 ​
     /* Functions to access object as input/output buffer */
     PyBufferProcs *tp_as_buffer;
 ​
     /* Flags to define presence of optional/expanded features */
     unsigned long tp_flags;
 ​
     const char *tp_doc; /* Documentation string */
 ​
     /* Assigned meaning in release 2.0 */
     /* call function for all accessible objects */
     traverseproc tp_traverse;
 ​
     /* delete references to contained objects */
     inquiry tp_clear;
 ​
     /* Assigned meaning in release 2.1 */
     /* rich comparisons */
     richcmpfunc tp_richcompare;
 ​
     /* weak reference enabler */
     Py_ssize_t tp_weaklistoffset;
 ​
     /* Iterators */
     getiterfunc tp_iter;
     iternextfunc tp_iternext;
 ​
     /* Attribute descriptor and subclassing stuff */
     PyMethodDef *tp_methods;
     PyMemberDef *tp_members;
     PyGetSetDef *tp_getset;
     // Strong reference on a heap type, borrowed reference on a static type
     PyTypeObject *tp_base;
     PyObject *tp_dict;
     descrgetfunc tp_descr_get;
     descrsetfunc tp_descr_set;
     Py_ssize_t tp_dictoffset;
     initproc tp_init;
     allocfunc tp_alloc;
     newfunc tp_new;
     freefunc tp_free; /* Low-level free-memory routine */
     inquiry tp_is_gc; /* For PyObject_IS_GC */
     PyObject *tp_bases;
     PyObject *tp_mro; /* method resolution order */
     PyObject *tp_cache;
     PyObject *tp_subclasses;
     PyObject *tp_weaklist;
     destructor tp_del;
 ​
     /* Type attribute cache version tag. Added in version 2.6 */
     unsigned int tp_version_tag;
 ​
     destructor tp_finalize;
     vectorcallfunc tp_vectorcall;
 };

读了文章和使用copilot,学习到了

tp_name：类型名称

• 作用：定义类型的名称，用于打印、错误提示等。

• 示例：

   // 定义一个新的类型对象
   PyTypeObject MyType = {
     PyVarObject_HEAD_INIT(NULL, 0)
     .tp_name = "mymodule.MyType", // 类型名称
     .tp_basicsize = sizeof(MyObject),
     // 其他字段...
   };
  

  在 Python 中的效果：

   >>> obj = MyType()
   >>> print(type(obj))
   <class 'mymodule.MyType'>
  

tp_methods:对象方法列表

我的理解就是：就是定义新的类型时，告诉程序这个类型拥有哪些方法的一个列表

• 代码原型

   // 定义方法函数
   static PyObject *MyObject_hello(MyObject *self, PyObject *args) {
       printf("Hello from MyType!\n");
       Py_RETURN_NONE;
   }
   ​
   // 定义方法列表
   static PyMethodDef MyObject_methods[] = {
       {"hello", (PyCFunction)MyObject_hello, METH_NOARGS, "Say hello"},
       {NULL}  // 哨兵，表示列表结束
   };
   ​
   // 定义类型对象
   PyTypeObject MyType = {
       PyVarObject_HEAD_INIT(NULL, 0)
       .tp_name = "mymodule.MyType",        // 类型名称
       .tp_basicsize = sizeof(MyObject),    // 对象大小
       .tp_methods = MyObject_methods,      // 对象方法列表
       // 其他字段...
   };
  

** **PyTypeObject结构：定义新的Python类型的核心数据结构。

** **字段解释

** **PyVarObject_HEAD_INIT(NULL, 0)：初始化类型对象的头部。

** **.tp_name = "mymodule.MyType"：类型的全名，通常是 模块名.类型名格式。

** **.tp_basicsize = sizeof(MyObject)：对象的基本大小，用于内存分配。

** **.tp_methods = MyObject_methods：将之前定义的方法列表关联到类型上。

** **实现过程

1. 定义了方法 MyObject_hello，该方法在被调用时输出一行文本并返回 None。
2. 将方法添加到 MyObject_methods方法列表中，以供类型使用。
3. 定义 PyTypeObject MyType类型对象，设置基本信息并关联方法列表。

• python中的效果

 >>> obj = MyType()
 >>> obj.hello()
 Hello from MyType!

就看了这两个，这两个相对好懂一些

1. PyTypeObject 内部定义了三大类型的结构体
   • 三大类型
     • number（数值类型）
     • sequence（序列类型）
     • mapping（映射类型）
   • 含义
     ：每个结构体都代表了一类最基本的行为集合。它们定义了对应类型需要实现的方法和操作。
     • PyNumberMethods：定义数值类型的操作，如加减乘除、取模等。
     • PySequenceMethods：定义序列类型的操作，如索引、切片、长度计算等。
     • PyMappingMethods：定义映射类型的操作，如键值访问、长度计算等。

IPython更好的交互体验

项目地址：https://github.com/ipython/ipython

 pip install ipython
 #使用
 ipython

同时了解到了一个小彩蛋

 import this

探究bulitins

 dir(__builtins__)

--->包含了Python中的内置异常、内置常量、内置函数和内置类型

['ArithmeticError', 'AssertionError', 'AttributeError', 'BaseException', 'BaseExceptionGroup', 'BlockingIOError', 'BrokenPipeError', 'BufferError', 'BytesWarning', 'ChildProcessError', 'ConnectionAbortedError', 'ConnectionError', 'ConnectionRefusedError', 'ConnectionResetError', 'DeprecationWarning', 'EOFError', 'Ellipsis', 'EncodingWarning', 'EnvironmentError', 'Exception', 'ExceptionGroup', 'False', 'FileExistsError', 'FileNotFoundError', 'FloatingPointError', 'FutureWarning', 'GeneratorExit', 'IOError', 'ImportError', 'ImportWarning', 'IndentationError', 'IndexError', 'InterruptedError', 'IsADirectoryError', 'KeyError', 'KeyboardInterrupt', 'LookupError', 'MemoryError', 'ModuleNotFoundError', 'NameError', 'None', 'NotADirectoryError', 'NotImplemented', 'NotImplementedError', 'OSError', 'OverflowError', 'PendingDeprecationWarning', 'PermissionError', 'ProcessLookupError', 'RecursionError', 'ReferenceError', 'ResourceWarning', 'RuntimeError', 'RuntimeWarning', 'StopAsyncIteration', 'StopIteration', 'SyntaxError', 'SyntaxWarning', 'SystemError', 'SystemExit', 'TabError', 'TimeoutError', 'True', 'TypeError', 'UnboundLocalError', 'UnicodeDecodeError', 'UnicodeEncodeError', 'UnicodeError', 'UnicodeTranslateError', 'UnicodeWarning', 'UserWarning', 'ValueError', 'Warning', 'ZeroDivisionError', '_', '__build_class__', '__debug__', '__doc__', '__import__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'abs', 'aiter', 'all', 'anext', 'any', 'ascii', 'bin', 'bool', 'breakpoint', 'bytearray', 'bytes', 'callable', 'chr', 'classmethod', 'compile', 'complex', 'copyright', 'credits', 'delattr', 'dict', 'dir', 'divmod', 'enumerate', 'eval', 'exec', 'exit', 'filter', 'float', 'format', 'frozenset', 'getattr', 'globals', 'hasattr', 'hash', 'help', 'hex', 'id', 'input', 'int', 'isinstance', 'issubclass', 'iter', 'len', 'license', 'list', 'locals', 'map', 'max', 'memoryview', 'min', 'next', 'object', 'oct', 'open', 'ord', 'pow', 'print', 'property', 'quit', 'range', 'repr', 'reversed', 'round', 'set', 'setattr', 'slice', 'sorted', 'staticmethod', 'str', 'sum', 'super', 'tuple', 'type', 'vars', 'zip']

内置常量

python链

>>> ().__class__
<class 'tuple'>
>>> "".__class__
<class 'str'>
>>> [].__class__
<class 'list'>

我们在ssti中经常使用的 "",和 （），我的理解就是创建一个空元组或者空字符串为入口，一切皆对象的方式，来访问其他内置函数

在 Python 中导入模块的方法通常有三种（xxx 为模块名称）：

1. import xxx
2. from xxx import *
3. __import__('xxx')

示例：

my_package = __import__("os")
my_package.system("dir")

pip

pip list

pip show jinjia2

pip show jinjia2
pip show os

由于os是内部模块，不饿那个输出信息

python 域

**在 Python 中，**作用域（Scope）是指变量、函数、类等名称在代码中可见和可访问的范围。理解作用域对于编写清晰、可维护的代码非常重要。Python 的作用域规则遵循 LEGB 规则，即：

1. Local (局部作用域)
2. Enclosing (闭包作用域)
3. Global (全局作用域)
4. Built-in (内置作用域)

(以前老是不知道老用的 __bulitins__为啥叫这)

局部和这个全局都比较熟悉，

• Enclosing (闭包作用域)

闭包作用域是指嵌套函数中，外部函数的变量对于内部函数来说是可见的，但不是全局的。

def outer_function():
    y = 20  # y 是外部函数的局部变量

    def inner_function():
        print(y)  # 内部函数可以访问外部函数的变量

    inner_function()

outer_function()  # 输出 20

• Built-in (内置作用域)

**内置作用域包含 Python 内置的函数和变量，如 **print、len、range 等。这些名称在任何地方都是可见的。

print(len([1, 2, 3]))  # 使用内置函数 len

作用域规则示例

# 内置作用域
import builtins

# 全局作用域
global_var = 100

def outer_function():
    # 闭包作用域
    enclosing_var = 200

    def inner_function():
        # 局部作用域
        local_var = 300
        print(local_var)  # 输出 300
        print(enclosing_var)  # 输出 200
        print(global_var)  # 输出 100
        print(dir(builtins))  # 查看所有内置名称

    inner_function()

outer_function()

还有一个有趣的示例：

import builtins

#全局变量
x  = 1

def f():
    #局部变量
    x = 2
    print(x)
    print(globals()['x'])
    print(locals()['x'])
    print(builtins.__dict__['x'])

f()

输出结果如下：

2
1
2
Traceback (most recent call last):
  File "E:\py\py-demo\bu.py", line 14, in <module>
    f()
  File "E:\py\py-demo\bu.py", line 12, in f
    print(builtins.__dict__['x'])
          ~~~~~~~~~~~~~~~~~^^^^^
KeyError: 'x'

KeyError: 'x' 错误是因为 builtins.__dict__ 中并没有名为 'x' 的键。builtins.__dict__ 包含了 Python 内置的所有函数和变量，但 x 并不是内置的名称。

locals()函数

这个可以帮助我们调试，所处环境中的变量，这个字典包含了当前作用域中所有局部变量和它们的值。

x  = 1
my_name = "bx33661"
def f():
    #局部变量
    x = 2
    my_name = "dx33661"
    #print(builtins.__dict__['x'])
    print(locals())

f()
print(locals())

看一下结果

{'x': 2, 'my_name': 'dx33661'}
{'__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None, '__loader__': <_frozen_importlib_external.SourceFileLoader object at 0x000001BFA0CD5F90>, '__spec__': None, '__annotations__': {}, '__builtins__': <module 'builtins' (built-in)>, '__file__': 'E:\\py\\py-demo\\bu.py', '__cached__': None, 'builtins': <module 'builtins' (built-in)>, 'x': 1, 'my_name': 'bx33661', 'f': <function f at 0x000001BFA0DAD120>}