Python虛擬機(jī)中復(fù)數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理是什么

本篇內(nèi)容主要講解“Python虛擬機(jī)中復(fù)數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理是什么”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“Python虛擬機(jī)中復(fù)數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理是什么”吧!

復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在 cpython 當(dāng)中對(duì)于復(fù)數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)如下所示：

typedef struct {
    double real;
    double imag;
} Py_complex;
#define PyObject_HEAD                   PyObject ob_base;
typedef struct {
    PyObject_HEAD
    Py_complex cval;
} PyComplexObject;
typedef struct _object {
    _PyObject_HEAD_EXTRA
    Py_ssize_t ob_refcnt;
    struct _typeobject *ob_type;
} PyObject;

上面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖示如下：

復(fù)數(shù)的數(shù)據(jù)在整個(gè) cpython 虛擬機(jī)當(dāng)中來說應(yīng)該算是比較簡單的了，除了一個(gè) PyObject 頭部之外就是實(shí)部和虛部了。

• ob_refcnt，表示對(duì)象的引用記數(shù)的個(gè)數(shù)，這個(gè)對(duì)于垃圾回收很有用處，后面我們分析虛擬機(jī)中垃圾回收部分在深入分析。

• ob_type，表示這個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)類型是什么，在 python 當(dāng)中有時(shí)候需要對(duì)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行判斷比如 isinstance, type 這兩個(gè)關(guān)鍵字就會(huì)使用到這個(gè)字段。

• real，表示復(fù)數(shù)的實(shí)部。

• imag，表示復(fù)數(shù)的虛部。

復(fù)數(shù)的操作

復(fù)數(shù)加法

下面是 cpython 當(dāng)中對(duì)于復(fù)數(shù)加法的實(shí)現(xiàn)，為了簡潔刪除了部分無用代碼。

static PyObject *
complex_add(PyObject *v, PyObject *w)
{
    Py_complex result;
    Py_complex a, b;
    TO_COMPLEX(v, a); // TO_COMPLEX 這個(gè)宏的作用就是將一個(gè) PyComplexObject 中的 Py_complex 對(duì)象存儲(chǔ)到 a 當(dāng)中
    TO_COMPLEX(w, b);
    result = _Py_c_sum(a, b); // 這個(gè)函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)在下方
    return PyComplex_FromCComplex(result); // 這個(gè)函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)在下方
}
 
// 真正實(shí)現(xiàn)復(fù)數(shù)加法的函數(shù)
Py_complex
_Py_c_sum(Py_complex a, Py_complex b)
{
    Py_complex r;
    r.real = a.real + b.real;
    r.imag = a.imag + b.imag;
    return r;
}
 
PyObject *
PyComplex_FromCComplex(Py_complex cval)
{
    PyComplexObject *op;
 
    /* Inline PyObject_New */
    // 申請(qǐng)內(nèi)存空間
    op = (PyComplexObject *) PyObject_MALLOC(sizeof(PyComplexObject));
    if (op == NULL)
        return PyErr_NoMemory();
    // 將這個(gè)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)設(shè)置成 1
    (void)PyObject_INIT(op, &PyComplex_Type);
    // 將復(fù)數(shù)結(jié)構(gòu)體保存下來
    op->cval = cval;
    return (PyObject *) op;
}

上面代碼的整體過程比較簡單：

• 首先先從 PyComplexObject 提取真正的復(fù)數(shù)部分。

• 將提取到的兩個(gè)復(fù)數(shù)進(jìn)行相加操作。

• 根據(jù)得到的結(jié)果在創(chuàng)建一個(gè) PyComplexObject 對(duì)象，并且將這個(gè)對(duì)象返回。

復(fù)數(shù)取反

復(fù)數(shù)取反操作就是將實(shí)部和虛部取相反數(shù)就可以了，這個(gè)操作也比較簡單。

static PyObject *
complex_neg(PyComplexObject *v)
{
    Py_complex neg;
    neg.real = -v->cval.real;
    neg.imag = -v->cval.imag;
    return PyComplex_FromCComplex(neg);
}
 
PyObject *
PyComplex_FromCComplex(Py_complex cval)
{
    PyComplexObject *op;
 
    /* Inline PyObject_New */
    op = (PyComplexObject *) PyObject_MALLOC(sizeof(PyComplexObject));
    if (op == NULL)
        return PyErr_NoMemory();
    (void)PyObject_INIT(op, &PyComplex_Type);
    op->cval = cval;
    return (PyObject *) op;
}

Repr 函數(shù)

我們現(xiàn)在來介紹一下一個(gè)有趣的方法，就是復(fù)數(shù)類型的 repr 函數(shù)，這個(gè)和類的 __repr__ 函數(shù)是作用是一樣的我們看一下復(fù)數(shù)的輸出是什么：

>>> data = complex(0, 1)
>>> data
1j
>>> data = complex(1, 1)
>>> data
(1+1j)
>>> print(data)
(1+1j)

復(fù)數(shù)的 repr 對(duì)應(yīng)的 C 函數(shù)如下所示：

static PyObject *
complex_repr(PyComplexObject *v)
{
    int precision = 0;
    char format_code = 'r';
    PyObject *result = NULL;
 
    /* If these are non-NULL, they'll need to be freed. */
    char *pre = NULL;
    char *im = NULL;
 
    /* These do not need to be freed. re is either an alias
       for pre or a pointer to a constant.  lead and tail
       are pointers to constants. */
    char *re = NULL;
    char *lead = "";
    char *tail = "";
    // 對(duì)應(yīng)實(shí)部等于 0 虛部大于 0 的情況
    if (v->cval.real == 0. && copysign(1.0, v->cval.real)==1.0) {
        /* Real part is +0: just output the imaginary part and do not
           include parens. */
        re = "";
        im = PyOS_double_to_string(v->cval.imag, format_code,
                                   precision, 0, NULL);
        if (!im) {
            PyErr_NoMemory();
            goto done;
        }
    } else {
        /* Format imaginary part with sign, real part without. Include
           parens in the result. */
        // 將實(shí)部浮點(diǎn)數(shù)變成字符串
        pre = PyOS_double_to_string(v->cval.real, format_code,
                                    precision, 0, NULL);
        if (!pre) {
            PyErr_NoMemory();
            goto done;
        }
        re = pre;
        // 將虛部浮點(diǎn)數(shù)變成字符串
        im = PyOS_double_to_string(v->cval.imag, format_code,
                                   precision, Py_DTSF_SIGN, NULL);
        if (!im) {
            PyErr_NoMemory();
            goto done;
        }
        // 用什么括號(hào)包圍起來
        lead = "(";
        tail = ")";
    }
    result = PyUnicode_FromFormat("%s%s%sj%s", lead, re, im, tail);
  done:
    PyMem_Free(im);
    PyMem_Free(pre);
 
    return result;
}

我們現(xiàn)在修改源程序?qū)⑸厦娴?() 兩個(gè)括號(hào)變成 []，編譯之后執(zhí)行的結(jié)果如下所示：

可以看到括號(hào)變成了 [] 。

到此，相信大家對(duì)“Python虛擬機(jī)中復(fù)數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理是什么”有了更深的了解，不妨來實(shí)際操作一番吧！這里是億速云網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！