楔子

從現在開始，我們就來分析 Python 的內置對象，看看它們在底層是如何實現的。但說實話，我們在前面幾篇文章中介紹對象的時候，已經說了不少了，不過從現在開始要進行更深入的分析。

除了對象本身，還要看對象支持的操作在底層是如何實現的。我們首先以浮點數為例，因為它是最簡單的，沒錯，浮點數比整數要簡單，至于為什么，等我們分析整數的時候就知道了。

浮點數的底層結構

要想搞懂浮點數的實現原理，就要知道它在底層是怎么定義的，當然在這之前我們已經見過它很多遍了。

// Include/cpython/floatobject.h
typedef struct {
    PyObject_HEAD
    double ob_fval;
} PyFloatObject;

它包含了一個公共頭部 PyObject 和一個 double 類型的 ob_fval 字段，毫無疑問這個 ob_fval 字段負責存儲浮點數的具體數值。

我們以 e = 2.71 為例，底層結構如下。

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還是很簡單的，每個對象在底層都是由結構體表示的，這些結構體中有的字段負責維護對象的元信息，有的字段負責維護具體的值。比如這里的  2.71，總要有一個字段來存儲 2.71 這個值，而這個字段就是 ob_fval。所以浮點數的結構非常簡單，直接使用一個 C 的 double 來維護。

假設我們要將兩個浮點數相加，相信你已經知道解釋器會如何做了？通過 PyFloat_AsDouble 將兩個浮點數的 ob_fval 抽出來，然后相加，最后再根據相加的結果創建一個新的 PyFloatObject 即可。

浮點數是怎么創建的

下面來看看浮點數是如何創建的，在前面的文章中，我們說對象可以使用對應的特定類型 API 創建，也可以通過調用類型對象創建。

調用類型對象 float 創建實例對象，解釋器會執行元類 type 的 tp_call，它指向了 type_call 函數。然后 type_call 內部會先調用類型對象（這里是 float）的 tp_new 為其實例對象申請一份空間，申請完畢之后對象就已經創建好了。然后再調用 tp_init，并將實例對象作為參數傳遞進去，進行初始化，也就是設置屬性。

但是對于 float 來說，它內部的 tp_init 字段為 0，也就是空。

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這就說明 float 沒有 __init__，因為浮點數太過簡單，只需要一個 tp_new 即可。我們舉個例子：

class Girl1:

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

# __new__  負責開辟空間、生成實例對象
# __init__ 負責給實例對象綁定屬性

# 但其實 __init__ 所做的工作可以直接在 __new__ 當中完成
# 換言之有 __new__ 就足夠了，其實可以沒有 __init__
# 我們將上面的例子改寫一下
class Girl2:

    def __new__(cls, name, age):
        instance = object.__new__(cls)
        instance.name = name
        instance.age = age
        return instance

g1 = Girl1("古明地覺", 16)
g2 = Girl2("古明地覺", 16)
print(g1.__dict__ == g2.__dict__)  # True

我們看到效果是等價的，因為 __init__ 負責給 self 綁定屬性，而這個 self 是 __new__ 返回的。那么很明顯，我們也可以在 __new__ 當中綁定屬性，而不需要 __init__。