Python内建类型float源码分析
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1 回顾float的基础知识
1.1 PyFloatObject
1.2 PyFloat_Type
C源码（仅列出部分字段）：
PyTypeObject PyFloat_Type = { PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0) "float", sizeof(PyFloatObject), 0, (destructor)float_dealloc, /* tp_dealloc */ 0, /* tp_print */ 0, /* tp_getattr */ 0, /* tp_setattr */ 0, /* tp_reserved */ (reprfunc)float_repr, /* tp_repr */ &float_as_number, /* tp_as_number */ 0, /* tp_as_sequence */ 0, /* tp_as_mapping */ (hashfunc)float_hash, /* tp_hash */ 0, /* tp_call */ (reprfunc)float_repr, /* tp_str */ // ... 0, /* tp_init */ 0, /* tp_alloc */ float_new, /* tp_new */};PyFloat_Type中保存了很多关于浮点对象的元信息，关键字段包括：
tp_name：保存类型名称，常量float
tp_dealloc、tp_init、tp_alloc和tp_new：对象创建和销毁的相关函数
tp_repr：生成语法字符串表示形式的函数
tp_str：生成普通字符串表示形式的函数
tp_as_number：数值操作集
tp_hash：哈希值生成函数
1.3 对象的创建
通过类型对象创建实例对象：
通过C API创建实例对象：
PyObject *PyFloat_FromDouble(double fval);PyObject *PyFloat_FromString(PyObject *v);
1.4 对象的销毁
当对象不再需要时，Python通过Py_DECREF或者Py_XDECREF宏来减少引用计数；
当引用计数降为0时，Python通过_Py_Dealloc宏回收对象。（有关引用计数的内容后续会详细介绍）
_Py_Dealloc宏实际上调用的是*Py_TYPE(op)->tp_dealloc，对于float即调用float_dealloc：
#define _Py_Dealloc(op) ( \ _Py_INC_TPFREES(op) _Py_COUNT_ALLOCS_COMMA \ (*Py_TYPE(op)->tp_dealloc)((PyObject *)(op)))
2 空闲对象缓存池
问题：浮点运算背后涉及大量临时对象创建和销毁。
area = pi * r ** 2
这个语句首先计算半径r的平方，中间结果由一个临时对象来保存，假设是t；然后计算pi与t的乘积，得到最终结果并赋值给变量area；
最后，销毁临时对象t。创建对象时需要分配内存，销毁对象时又要回收内存，大量临时对象创建和销毁，意味着大量内存分配回收操作，这是不能接受的。
因此，Python在浮点对象销毁之后，并不急于回收内存，而是将对象放入一个空闲链表，后续需要创建浮点对象时，先到空闲链表中取，省去了部分分配内存的开销。
2.1 浮点对象的空闲链表
C源码：
#ifndef PyFloat_MAXFREELIST#define PyFloat_MAXFREELIST 100#endifstatic int numfree = 0;static PyFloatObject *free_list = NULL;
源码解读：
free_list变量：指向空闲链表头节点的指针
numfree变量：维护空闲链表当前长度
PyFloat_MAXFREELIST宏：限制空闲链表的最大长度，避免占用过多内存
为了保持简洁，Python把ob_type字段当作next指针来用，将空闲对象串成链表。float空闲链表图示如下：
个人体会：
Python中这样的池技术很多地方都在用，并且在实际工程中，这也是一种广泛使用的方式，大家可以具体体会下。
"把ob_type字段当作next指针来用"，这种方式可以学习，但是也要结合实际情况：可读性，是否需要节省这部分内存等等。
2.2 空闲链表的使用
有了空闲链表之后，需要创建浮点对象时，可以从链表中取出空闲对象，省去申请内存的开销，以PyFloat_FromDouble()为例：（只列出部分代码）
PyObject *PyFloat_FromDouble(double fval){ PyFloatObject *op = free_list; if (op != NULL) { free_list = (PyFloatObject *) Py_TYPE(op); numfree--; } else { op = (PyFloatObject*) PyObject_MALLOC(sizeof(PyFloatObject)); if (!op) return PyErr_NoMemory(); } /* Inline PyObject_New */ (void)PyObject_INIT(op, &PyFloat_Type); op->ob_fval = fval; return (PyObject *) op;}检查free_list是否为空
如果free_list非空，取出头节点备用，free_list指向第二个节点（这里看代码调用的是Py_TYPE()，
也就是op的ob_type字段，也就是第二个节点），并将numfree减1
如果free_list为空，则调用PyObject_MALLOC分配内存
最后会通过PyObject_INIT对op进行相应设置（包括修改ob_type），然后设置ob_fval为fval
图示如下：（对比2.1中的图示，可以看到free_list指向了第二个节点，并且第一个节点的ob_type字段也不再指向第二个节点，而是指向对应的类型对象）
对象销毁时，Python将其缓存在空闲链表中，以备后用。float_dealloc函数源码如下：
static voidfloat_dealloc(PyFloatObject *op){ if (PyFloat_CheckExact(op)) { if (numfree >= PyFloat_MAXFREELIST) { PyObject_FREE(op); return; } numfree++; Py_TYPE(op) = (struct _typeobject *)free_list; free_list = op; } else Py_TYPE(op)->tp_free((PyObject *)op);}若空闲链表长度达到限制值，调用PyObject_FREE回收对象内存
若空闲链表长度未达到限制值，则将对象插到空闲链表头部（这里可以顺带复习下头插法，hh）
3 其他
问题：以下例子中，变量e的id值为何与已销毁的变量pi相同？
>>> pi = 3.14>>> id(pi)4565221808>>> del pi>>> e = 2.71>>> id(e)4565221808
答：在3.14这个浮点数对象被销毁时，并没有直接回收其内存，而是将对象缓存在空闲链表中，此时3.14这个浮点数对象为空闲链表头节点；
当创建浮点对象2.71时，此时空闲链表非空，则取出空闲链表的头节点，修改ob_fval值为2.71，因此两个对象的id是一样的。
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