在cpython 虛擬機器當中浮點數類型的資料結構定義如下所示：
typedef struct {
PyObject_HEAD
double ob_fval;
} PyFloatObject;上面的數據結構定義圖示如下：
在上面的資料結構當中最重要的一個欄位就是ob_fval，這個就是真實儲存浮點數的地方。
ob_refcnt 就是物件的參考計數。
ob_type 就是物件的型別。
和我們在前面所討論到的元組和列表物件一樣，在cpython 內部實作float 類型的時候也會為float 物件做一層中間層以加快浮點數的記憶體分配，具體的相關程式碼如下所示：
#define PyFloat_MAXFREELIST 100 static int numfree = 0; static PyFloatObject *free_list = NULL;
在cpython 內部做多會快取100 個float 物件的記憶體空間，如果超過100 就會直接釋放記憶體了，這裡需要注意一點的是只用一個指標就可以將所有的float 物件快取起來，這一點是如何實現的。
這是使用在物件PyFloatObject 當中的struct _typeobject *ob_type; 這個欄位實現的，用這個欄位指向下一個float 物件的記憶體空間，因為在free_list 當中的資料並沒有使用，因此可以利用這個特點節省一些記憶體空間。下面則是建立float 物件的具體過程：
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;
}下面是在cpython 當中浮點數的加法具體實現，整個過程比較簡單就是得到新的值，並且建立一個新的PyFloatObject 對象，並且將這個對象傳回。
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
}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);
}這裡加入了一行輸出語句，這個是為了後面方便我們進行測試的。
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);
}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));
}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;
}下圖是我們對於 cpython 對程式的修改！
下面是修改之後我們再次對浮點數進行操作的時候的輸出，可以看到的是輸出了我們在上面的程式碼當中加入的語句。
以上是Python虛擬機器中浮點數的實作原理是什麼？的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！
