Python 가상 머신에서 부동 소수점 숫자의 구현 원리는 무엇입니까?

Float 데이터 구조

cpython 가상 머신의 부동 소수점 숫자 유형의 데이터 구조 정의는 다음과 같습니다.

typedef struct {
    PyObject_HEAD
    double ob_fval;
} PyFloatObject;

위의 데이터 구조 정의는 다음과 같습니다.

• 위의 데이터 구조 가장 중요한 필드 중 하나는 부동 소수점 숫자가 실제로 저장되는 ob_fval입니다.

• ob_refcnt는 객체의 참조 횟수입니다.

• ob_type은 객체 유형입니다.

부동 소수점 숫자에 대한 관련 방법

float 객체 만들기

앞서 논의한 튜플 및 목록 객체와 유사하게, float 유형이 cpython에서 내부적으로 구현되면 float 객체에 대한 중간 레이어도 생성됩니다. 부동 소수점 숫자의 메모리 할당 속도를 높이세요. 구체적인 관련 코드는 다음과 같습니다.

#define PyFloat_MAXFREELIST    100
static int numfree = 0;
static PyFloatObject *free_list = NULL;

cpython 내부에서 long을 실행하면 100개의 부동 소수점 개체의 메모리 공간이 캐시됩니다. 100을 초과하면 메모리가 직접 해제됩니다. 여기서 주목할 점은 포인터를 사용하여 모든 부동 객체만 캐시할 수 있다는 것입니다.

이것은 PyFloatObject 객체의 struct _typeobject *ob_type; 필드를 사용하여 다음 float 객체의 메모리 공간을 가리킵니다. free_list의 데이터가 사용되지 않으므로 이 기능을 사용하여 일부를 저장할 수 있습니다. 기억. 다음은 부동 소수점 개체를 생성하는 구체적인 프로세스입니다.

PyObject *
PyFloat_FromDouble(double fval)
{
    // 首先查看 free_list 当中是否有空闲的 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 {
      	// 否则的话就需要申请内存空间
        op = (PyFloatObject*) PyObject_MALLOC(sizeof(PyFloatObject));
        if (!op)
            return PyErr_NoMemory();
    }
    /* Inline PyObject_New */
    (void)PyObject_INIT(op, &PyFloat_Type); // PyObject_INIT 这个宏的主要作用是将对象的引用计数设置成 1
    op->ob_fval = fval;
    return (PyObject *) op;
}

Addition

다음은 cpython에서 부동 소수점 숫자를 추가하는 구체적인 구현입니다. 전체 프로세스는 비교적 간단합니다. 새 값을 얻고 새 값을 생성하면 됩니다. PyFloatObject 객체를 추가하고 이 객체 반환을 추가합니다.

static PyObject *
float_add(PyObject *v, PyObject *w)
{
    double a,b;
    CONVERT_TO_DOUBLE(v, a); // CONVERT_TO_DOUBLE 这个宏的主要作用就是将对象的 ob_fval 这个字段的值保存到 a 当中
    CONVERT_TO_DOUBLE(w, b); // 这个就是将 w 当中的 ob_fval 字段的值保存到 b 当中
    a = a + b;
    return PyFloat_FromDouble(a); // 创建一个新的 float 对象 并且将这个对象返回
}

뺄셈

뺄셈도 마찬가지입니다.

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);
}

Multiplication

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);
}

Division

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);
}

Negation

한 줄의 출력 문이 여기에 추가됩니다. 이는 나중에 테스트할 때 편의를 위한 것입니다.

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);
}

절댓값 찾기

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));
}

부울 값 찾기

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;
}

아래 그림은 cpython 프로그램을 수정한 모습입니다!

다음은 수정 후 다시 부동소수점 연산을 했을 때의 출력입니다. 위의 코드에 추가한 문장들이 출력되는 것을 볼 수 있습니다.

위 내용은 Python 가상 머신에서 부동 소수점 숫자의 구현 원리는 무엇입니까?의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!