萬物皆對象

這篇博客的內容主要是針對Python中萬物皆對象的理解，對Python的類型、對象體系做一個整體的梳理。

在Python中，一切皆為對象，一個整數是一個對象，一個字符串也是一個對象，基本類型（如int）也是對象。Python不再區別對待基本類型和對象，所有的基本類型內部均由對象實現。

>>> a = int
>>> b = 1
>>> id(a)
140734789683952
>>> id(int)
140734789683952
>>> a
<class 'int'>
>>> id(b)
2421963817200
>>> id(1)
2421963817200
>>> b
1

1 類型對象和實例對象

Python中的類型是一種對象，稱為類型對象。整數類型、字符串類型，以及我們通過class關鍵字定義的自定義類型也是一個對象。

通過類實例化可以得到一個實例化對象，稱為實例對象

2 類型、對象體系

2.1 元類型type

前面我們提到：Python中的類型是一種對象，稱為類型對象。那么類型對象的類型又是什么呢？

>>> type(int)
<class 'type'>
>>> int.__class__
<class 'type'>

可以看到，類型的類型是type，我們稱之為元類型，但是這個類型比較特殊，它的實例對象是類型對象。此外，Python中還有一個特殊的類型object，所有其他類型都繼承于object，即object是所有類型的基類。

圖示如下：

2.2 自定義類型

除了Python的內置類型，我們自定義一個類型MyClass，同樣地，可以得到：

2.3 自定義類型子類

再定義一個類型MySubClass，該類型為MyClass的子類：

2.4 type和object的關系

在上述示例中，我們描述了不同對象、類型之間的繼承、類型關系，但是對于兩個特殊的類型type和object的關系并沒有指出，我們先來打印看一下：

>>> type(type)
<class 'type'>
>>> type(object)
<class 'type'>
>>> type.__base__
<class 'object'>
>>> object.__base__
>>> print(object.__base__)
None

可以看到：object的類型也是type，type本身的類型也是type；而type的父類也是所有對象的父類——object，而object本身沒有父類。由此我們可以歸納出：

object是所有類型的基類（除了它自己），本質上是一種類型，其類型是type，同時也是type的基類；

type是所有類型的類型，本質上是一種類型，其類型是它自己，也是object的類型；

注：object本身不能有基類，這是因為——對于存在繼承關系的類，成員屬性和成員方法查找需要回溯繼承鏈，不斷查找基類。因此，繼承鏈必須有一個終點，不然就會死循環。

最后我們把type和object的關系補充進來：

3 可變對象與不可變對象

可變對象在創建之后，其值可以修改；不可變對象在創建之后，其值不可以進行修改。

以Python中的整數對象為例：整數類型是不可變類型，整數對象是不可變對象。“修改整數對象”時，Python將以新值創建一個新對象，變量名與新對象進行綁定，舊對象如果沒有其他引用，則會被釋放（通過“小整數池”進行創建回收優化，具體后續介紹，這里先按下不表，后續會補充）。

圖示如下：

以Python中的列表對象為例：列表類型是可變類型，列表對象是可變對象。列表對象內部會維護一個動態數組，存儲元素對象的指針，列表對象再增減對象的時候，會修改該數組，而列表對象的“頭部”（后續會詳細介紹）會保持不變：

4 變長對象和定長對象

定長對象：對象的內存大小一定

邊長對象：同一類型，不同對象會有不同的大小

通過sys.getsizeof()可以查看一個對象的大小：

>>> import sys
>>> a = 1
>>> b = 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
>>> c = 1.0
>>> d = 1.00000000000000000000000000000000000000000000000000000001
>>> sys.getsizeof(a)
28
>>> sys.getsizeof(b)
52
>>> sys.getsizeof(c)
24
>>> sys.getsizeof(d)
24

整數對象是變長對象：固定位數的整數能夠表示的范圍是有限的，故整數對象會隨著自身的數值大小而改變自身內存大小。在Python中采用了類似C++中大整數類的思路實現整數對象，通過串聯多個普通32位整數來支持更大的數值范圍（詳細源碼后續介紹）。

浮點數對象是定長對象：根據機組的知識，我們用32位表示單精度浮點數，用64位表示雙精度浮點數，它們都是定長的。在Python中，浮點數背后是由一個double來實現的，就算表示很大的數，浮點數對象的大小也不變（這樣做的代價是犧牲了精度）。當然，浮點數也是有大小限制的，可以思考下：我們通過float()將一個很大的int轉化為float時，是否會報錯？Python底層是否做了相應的判斷呢？

5 補充

變量名：我們創建對象時會為對象分配對應的內存空間，那么我們將變量名和對象綁定時，變量又是如何存儲的呢？

詳見Python源碼學習筆記：Python作用域與名字空間