再探泛型 API，感受 Python 對象的設計哲學
之前我們提到了泛型 API，這類 API 的特點是可以處理任意類型的對象，舉個例子。
// 返回對象的長度
PyObject_Size
// 返回對象的某個屬性
PyObject_GetAttr
// 返回對象的哈希值
PyObject_Hash
// 將對象轉成字符串返回
PyObject_Str對應到 Python 代碼中，就是下面這個樣子。
# PyObject_Size
print(len("古明地覺"))
print(len([1, 2, 3]))
"""
4
3
"""
# PyObject_GetAttr
print(getattr("古明地覺", "lower"))
print(getattr([1, 2, 3], "append"))
print(getattr({}, "update"))
"""
<built-in method lower of str object at 0x7f081aa7e920>
<built-in method append of list object at 0x7f081adc1100>
<built-in method update of dict object at 0x7f081aa8fd80>
"""
# PyObject_Hash
print(hash("古明地覺"))
print(hash(2.71))
print(hash(123))
"""
8152506393378233203
1637148536541722626
123
"""
# PyObject_Str
print(str("古明地覺"))
print(str(object()))
"""
古明地覺
<object object at 0x7fdfa0209d10>
"""這些 API 能處理任意類型的對象，這究竟是怎么辦到的？要想搞清楚這一點，還是要從 PyObject 入手。
我們知道對象在 C 看來就是一個結構體實例，并且結構體嵌套了 PyObject。
# 創建一個列表，讓變量 var 指向它
var = [1, 2, 3]
# 創建一個浮點數，讓變量 var 指向它
var = 2.71列表對應的結構體是 PyListObject，浮點數對應的結構體是 PyFloatObject，變量 var 是指向對象的指針。那么問題來了，憑啥一個變量可以指向不同類型的對象呢？或者說變量和容器里面為什么可以保存不同對象的指針呢？
原因在前面的文章中解釋的很詳細了，因為對象的指針會統一轉成 PyObject * 之后再交給變量保存，以創建列表為例。
圖片
當然創建浮點數也是同理，因此變量和容器里的元素本質上就是一個泛型指針 PyObject *。而對象的指針在交給變量保存的時候，也都會先轉成 PyObject *，因為不管什么對象，它底層的結構體都嵌套了 PyObject。正是因為這個設計，變量才能指向任意的對象。
圖片
所以 Python 變量相當于一個便利貼，可以貼在任意對象上。
不過問題來了，由于對象的指針會統一轉成 PyObject * 之后再交給變量保存，那么變量怎么知道自己指向的是哪種類型的對象呢？相信你肯定知道答案：通過 ob_type 字段。
圖片
對象對應的結構體可以有很多個字段，比如 PyListObject，但變量能看到的只有前兩個字段。至于之后的字段是什么，則取決于對象的類型，總之對變量來說是不可見的，因為它是 PyObject *。
所以變量會先通過 ob_type 字段獲取對象的類型，如果 ob_type 字段的值為 &PyList_Type，那么變量指向的就是 PyListObject。如果 ob_type 字段的值為 &PyFloat_Type，那么變量指向的就是 PyFloatObject，其它類型同理。
當得到了對象的類型，那么再轉成相應的指針即可，假設 ob_type 是 &PyList_Type，那么變量會再轉成 PyListObject *，這樣就可以操作列表的其它字段了。
所以我們再總結一下：
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變量和容器里的元素只能保存相同的指針類型，而不同類型的對象，其底層的結構體是不同的。但這些結構體無一例外都嵌套了 PyObject，因此它們的指針會統一轉成 PyObject * 之后再交給變量保存。
然后變量在操作對象時，會先通過 ob_type 判斷對象的類型，假如是 &PyList_Type，那么會再轉成 PyListObject *，其它類型同理。
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相信你已經知道為什么泛型 API 可以處理任意類型的對象了，以 PyObject_GetAttr 為例，它內部會調用類型對象的 tp_getattro。
// 等價于 getattr(v, name)
PyObject *
PyObject_GetAttr(PyObject *v, PyObject *name)
{
// 獲取對象 v 的類型對象
PyTypeObject *tp = Py_TYPE(v);
PyObject* result = NULL;
// 如果類型對象實現了 tp_getattro，那么進行調用
// 等價于 Python 中的 type(v).__getattr__(v, name)
if (tp->tp_getattro != NULL) {
result = (*tp->tp_getattro)(v, name);
}
// 否則會退化為 tp_getattr，它要求屬性名稱必須是 C 字符串
// 不過 tp_getattr 已經廢棄，應該使用 tp_getattro
else if (tp->tp_getattr != NULL) {
const char *name_str = PyUnicode_AsUTF8(name);
if (name_str == NULL) {
return NULL;
}
result = (*tp->tp_getattr)(v, (char *)name_str);
}
// 否則說明對象 v 沒有指定屬性
else {
PyErr_Format(PyExc_AttributeError,
"'%.100s' object has no attribute '%U'",
tp->tp_name, name);
}
return result;
}函數先通過 ob_type 找到對象的類型，然后通過類型對象的 tp_getattro 調用對應的屬性查找函數。所以 PyObject_GetAttr 會根據對象的類型，調用不同的屬性查找函數，因此這就是泛型 API 能處理任意對象的秘密。
我們再以 Python 為例：
class A:
def __getattr__(self, item):
return f"class：A，item：{item}"
class B:
def __getattr__(self, item):
return f"class：B，item：{item}"
a = A()
b = B()
print(getattr(a, "some_attr"))
print(getattr(b, "some_attr"))
"""
class：A，item：some_attr
class：B，item：some_attr
"""
# 以上等價于
print(type(a).__getattr__(a, "some_attr"))
print(type(b).__getattr__(b, "some_attr"))
"""
class：A，item：some_attr
class：B，item：some_attr
"""在 Python 里的表現和源碼是一致的，我們再舉個 iter 的例子：
data = [1, 2, 3]
print(iter(data))
print(type(data).__iter__(data))
"""
<list_iterator object at 0x7fb8200f29a0>
<list_iterator object at 0x7fb8200f29a0>
"""如果一個對象支持迭代器操作，那么它的類型對象一定實現了 __iter__，通過 type(data) 可以獲取到類型對象，然后將 data 作為參數調用 __iter__ 即可。
所以通過 ob_type 字段，這些泛型 API 實現了類似多態的效果，一個函數，多種實現。
