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深刻了解 PYTHON 虚拟机：浮点数（FLOAT）的实现原理及源码分析
在本篇文章当中次要剖析在 cpython 虚拟机当中 float 类型的实现原理以及与他相干的一些源代码。
FLOAT 数据结构
在 cpython 虚拟机当中浮点数类型的数据结构定义如下所示：
typedef struct {
PyObject_HEAD
double ob_fval;
} PyFloatObject;下面的数据结构定义图示如下：
- 在下面的数据结构当中最重要的一个字段就是 ob_fval，这个就是实在存储浮点数的中央。
- ob_refcnt 就是对象的援用计数。
- ob_type 就是对象的类型。
浮点数的相干办法
创立 float 对象
和咱们在后面所探讨到的元组和列表对象一样，在 cpython 外部实现 float 类型的时候也会给 float 对象做一层中间层以放慢浮点数的内存调配，具体的相干代码如下所示：
#define PyFloat_MAXFREELIST 100
static int numfree = 0;
static PyFloatObject *free_list = NULL;在 cpython 外部做多会缓存 100 个 float 对象的内存空间，如果超过 100 就会间接开释内存了，这里须要留神一点的是只用一个指针就能够将所有的 float 对象缓存起来，这一点是如何实现的。
这是应用在对象 PyFloatObject 当中的 struct _typeobject *ob_type; 这个字段实现的，用这个字段指向下一个 float 对象的内存空间，因为在 free_list 当中的数据并没有应用，因而能够利用这个特点节俭一些内存空间。上面则是创立 float 对象的具体过程：
PyObject *
PyFloat_FromDouble(double fval)
{
// 首先查看 free_list 当中是否有闲暇的 float 对象
PyFloatObject *op = free_list;
if (op != NULL) {
// 如果有 那么就将让 free_list 指向 free_list 当中的下一个 float 对象 并且将对应的个数减 1
free_list = (PyFloatObject *) Py_TYPE(op);
numfree--;
} else {
// 否则的话就须要申请内存空间
op = (PyFloatObject*) PyObject_MALLOC(sizeof(PyFloatObject));
if (!op)
return PyErr_NoMemory();}
/* Inline PyObject_New */
(void)PyObject_INIT(op, &PyFloat_Type); // PyObject_INIT 这个宏的次要作用是将对象的援用计数设置成 1
op->ob_fval = fval;
return (PyObject *) op;
}加法
上面是在 cpython 当中浮点数的加法具体实现，整个过程比较简单就是失去新的值，并且创立一个新的 PyFloatObject 对象，并且将这个对象返回。
static PyObject *
float_add(PyObject *v, PyObject *w)
{
double a,b;
CONVERT_TO_DOUBLE(v, a); // CONVERT_TO_DOUBLE 这个宏的次要作用就是将对象的 ob_fval 这个字段的值保留到 a 当中
CONVERT_TO_DOUBLE(w, b); // 这个就是将 w 当中的 ob_fval 字段的值保留到 b 当中
a = a + b;
return PyFloat_FromDouble(a); // 创立一个新的 float 对象 并且将这个对象返回
}减法
同理减法也是一样的。
static PyObject *
float_sub(PyObject *v, PyObject *w)
{
double a,b;
CONVERT_TO_DOUBLE(v, a);
CONVERT_TO_DOUBLE(w, b);
a = a - b;
return PyFloat_FromDouble(a);
}乘法
static PyObject *
float_mul(PyObject *v, PyObject *w)
{
double a,b;
CONVERT_TO_DOUBLE(v, a);
CONVERT_TO_DOUBLE(w, b);
PyFPE_START_PROTECT("multiply", return 0)
a = a * b;
PyFPE_END_PROTECT(a)
return PyFloat_FromDouble(a);
}除法
static PyObject *
float_div(PyObject *v, PyObject *w)
{
double a,b;
CONVERT_TO_DOUBLE(v, a);
CONVERT_TO_DOUBLE(w, b);
if (b == 0.0) {
PyErr_SetString(PyExc_ZeroDivisionError,
"float division by zero");
return NULL;
}
a = a / b;
return PyFloat_FromDouble(a);
}取反
这里退出了一行输入语句，这个是为了前面不便咱们进行测试的。
static PyObject *
float_neg(PyFloatObject *v)
{printf("%.2lf 正在进行取反运算 \n", v->ob_fval);
return PyFloat_FromDouble(-v->ob_fval);
}求绝对值
static PyObject *
float_abs(PyFloatObject *v)
{printf("%.2lf 正在进行取 abs 运算 \n", v->ob_fval);
return PyFloat_FromDouble(fabs(v->ob_fval));
}求 bool 值
static int
float_bool(PyFloatObject *v)
{printf("%.2lf 正在进行取 bool 运算 \n", v->ob_fval);
return v->ob_fval != 0.0;
}下图是咱们对于 cpython 对程序的批改！
上面是批改之后咱们再次对浮点数进行操作的时候的输入，能够看到的是输入了咱们在下面的代码当中退出的语句。
总结
在本篇文章当总次要介绍了一些 float 类型在 cpython 外部是如何实现的以及和他相干的加减乘除办法是如何实现的，以及和局部和关键字无关的函数实现。本篇文章次要是探讨 float 数据类型自身，不波及其余的货色，其实对于类型还有十分大一块，就是 cpython 外部对象零碎是如何实现的，这一点在前面深刻探讨对象零碎的时候再进行深入分析，在回头来看 float 类型会有更加粗浅的了解。
本篇文章是深刻了解 python 虚拟机系列文章之一，文章地址：https://github.com/Chang-LeHung/dive-into-cpython
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