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這篇文章主要介紹“Python虛擬機(jī)中浮點(diǎn)數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理是什么”,在日常操作中,相信很多人在Python虛擬機(jī)中浮點(diǎn)數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理是什么問題上存在疑惑,小編查閱了各式資料,整理出簡單好用的操作方法,希望對大家解答”Python虛擬機(jī)中浮點(diǎn)數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理是什么”的疑惑有所幫助!接下來,請跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧!
在 cpython 虛擬機(jī)當(dāng)中浮點(diǎn)數(shù)類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下所示:
typedef struct { PyObject_HEAD double ob_fval; } PyFloatObject;
上面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義圖示如下:
在上面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中最重要的一個字段就是 ob_fval,這個就是真實(shí)存儲浮點(diǎn)數(shù)的地方。
ob_refcnt 就是對象的引用計數(shù)。
ob_type 就是對象的類型。
和我們在前面所討論到的元組和列表對象一樣,在 cpython 內(nèi)部實(shí)現(xiàn) float 類型的時候也會給 float 對象做一層中間層以加快浮點(diǎn)數(shù)的內(nèi)存分配,具體的相關(guān)代碼如下所示:
#define PyFloat_MAXFREELIST 100 static int numfree = 0; static PyFloatObject *free_list = NULL;
在 cpython 內(nèi)部做多會緩存 100 個 float 對象的內(nèi)存空間,如果超過 100 就會直接釋放內(nèi)存了,這里需要注意一點(diǎn)的是只用一個指針就可以將所有的 float 對象緩存起來,這一點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)的。
這是使用在對象 PyFloatObject 當(dāng)中的 struct _typeobject *ob_type; 這個字段實(shí)現(xiàn)的,用這個字段指向下一個 float 對象的內(nèi)存空間,因?yàn)樵?free_list 當(dāng)中的數(shù)據(jù)并沒有使用,因此可以利用這個特點(diǎn)節(jié)省一些內(nèi)存空間。下面則是創(chuàng)建 float 對象的具體過程:
PyObject * PyFloat_FromDouble(double fval) { // 首先查看 free_list 當(dāng)中是否有空閑的 float 對象 PyFloatObject *op = free_list; if (op != NULL) { // 如果有 那么就將讓 free_list 指向 free_list 當(dāng)中的下一個 float 對象 并且將對應(yīng)的個數(shù)減 1 free_list = (PyFloatObject *) Py_TYPE(op); numfree--; } else { // 否則的話就需要申請內(nèi)存空間 op = (PyFloatObject*) PyObject_MALLOC(sizeof(PyFloatObject)); if (!op) return PyErr_NoMemory(); } /* Inline PyObject_New */ (void)PyObject_INIT(op, &PyFloat_Type); // PyObject_INIT 這個宏的主要作用是將對象的引用計數(shù)設(shè)置成 1 op->ob_fval = fval; return (PyObject *) op; }
下面是在 cpython 當(dāng)中浮點(diǎn)數(shù)的加法具體實(shí)現(xiàn),整個過程比較簡單就是得到新的值,并且創(chuàng)建一個新的 PyFloatObject 對象,并且將這個對象返回。
static PyObject * float_add(PyObject *v, PyObject *w) { double a,b; CONVERT_TO_DOUBLE(v, a); // CONVERT_TO_DOUBLE 這個宏的主要作用就是將對象的 ob_fval 這個字段的值保存到 a 當(dāng)中 CONVERT_TO_DOUBLE(w, b); // 這個就是將 w 當(dāng)中的 ob_fval 字段的值保存到 b 當(dāng)中 a = a + b; return PyFloat_FromDouble(a); // 創(chuàng)建一個新的 float 對象 并且將這個對象返回 }
同理減法也是一樣的。
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); }
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); }
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); }
這里加入了一行輸出語句,這個是為了后面方便我們進(jìn)行測試的。
static PyObject * float_neg(PyFloatObject *v) { printf("%.2lf 正在進(jìn)行取反運(yùn)算\n", v->ob_fval); return PyFloat_FromDouble(-v->ob_fval); }
static PyObject * float_abs(PyFloatObject *v) { printf("%.2lf 正在進(jìn)行取 abs 運(yùn)算\n", v->ob_fval); return PyFloat_FromDouble(fabs(v->ob_fval)); }
static int float_bool(PyFloatObject *v) { printf("%.2lf 正在進(jìn)行取 bool 運(yùn)算\n", v->ob_fval); return v->ob_fval != 0.0; }
下圖是我們對于 cpython 對程序的修改!
下面是修改之后我們再次對浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行操作的時候的輸出,可以看到的是輸出了我們在上面的代碼當(dāng)中加入的語句。
到此,關(guān)于“Python虛擬機(jī)中浮點(diǎn)數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理是什么”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了,希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí),快去試試吧!若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識,請繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站,小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章!
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