Python虚拟机中复数的实现原理是什么

本篇内容主要讲解“Python虚拟机中复数的实现原理是什么”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“Python虚拟机中复数的实现原理是什么”吧!

复数数据结构

在 cpython 当中对于复数的数据结构实现如下所示：

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;

上面的数据结构图示如下：

复数的数据在整个 cpython 虚拟机当中来说应该算是比较简单的了，除了一个 PyObject 头部之外就是实部和虚部了。

• ob_refcnt，表示对象的引用记数的个数，这个对于垃圾回收很有用处，后面我们分析虚拟机中垃圾回收部分在深入分析。

• ob_type，表示这个对象的数据类型是什么，在 python 当中有时候需要对数据的数据类型进行判断比如 isinstance, type 这两个关键字就会使用到这个字段。

• real，表示复数的实部。

• imag，表示复数的虚部。

复数的操作

复数加法

下面是 cpython 当中对于复数加法的实现，为了简洁删除了部分无用代码。

static PyObject *complex_add(PyObject *v, PyObject *w){    Py_complex result;    Py_complex a, b;    TO_COMPLEX(v, a); // TO_COMPLEX 这个宏的作用就是将一个 PyComplexObject 中的 Py_complex 对象存储到 a 当中    TO_COMPLEX(w, b);    result = _Py_c_sum(a, b); // 这个函数的具体实现在下方    return PyComplex_FromCComplex(result); // 这个函数的具体实现在下方} // 真正实现复数加法的函数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;         // 申请内存空间    op = (PyComplexObject *) PyObject_MALLOC(sizeof(PyComplexObject));    if (op == NULL)        return PyErr_NoMemory();    // 将这个对象的引用计数设置成 1    (void)PyObject_INIT(op, &PyComplex_Type);    // 将复数结构体保存下来    op->cval = cval;    return (PyObject *) op;}

上面代码的整体过程比较简单：

• 首先先从 PyComplexObject 提取真正的复数部分。

• 将提取到的两个复数进行相加操作。

• 根据得到的结果在创建一个 PyComplexObject 对象，并且将这个对象返回。

复数取反

复数取反操作就是将实部和虚部取相反数就可以了，这个操作也比较简单。

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;         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 函数

我们现在来介绍一下一个有趣的方法，就是复数类型的 repr 函数，这个和类的 __repr__ 函数是作用是一样的我们看一下复数的输出是什么：

>>> data = complex(0, 1)>>> data1j>>> data = complex(1, 1)>>> data(1+1j)>>> print(data)(1+1j)

复数的 repr 对应的 C 函数如下所示：

static PyObject *complex_repr(PyComplexObject *v){    int precision = 0;    char format_code = 'r';    PyObject *result = NULL;         char *pre = NULL;    char *im = NULL;         char *re = NULL;    char *lead = "";    char *tail = "";    // 对应实部等于 0 虚部大于 0 的情况    if (v->cval.real == 0. && copysign(1.0, v->cval.real)==1.0) {                re = "";        im = PyOS_double_to_string(v->cval.imag, format_code,                                   precision, 0, NULL);        if (!im) {            PyErr_NoMemory();            goto done;        }    } else {                // 将实部浮点数变成字符串        pre = PyOS_double_to_string(v->cval.real, format_code,                                    precision, 0, NULL);        if (!pre) {            PyErr_NoMemory();            goto done;        }        re = pre;        // 将虚部浮点数变成字符串        im = PyOS_double_to_string(v->cval.imag, format_code,                                   precision, Py_DTSF_SIGN, NULL);        if (!im) {            PyErr_NoMemory();            goto done;        }        // 用什么括号包围起来        lead = "(";        tail = ")";    }    result = PyUnicode_FromFormat("%s%s%sj%s", lead, re, im, tail);  done:    PyMem_Free(im);    PyMem_Free(pre);     return result;}

我们现在修改源程序将上面的 () 两个括号变成 []，编译之后执行的结果如下所示：

可以看到括号变成了 [] 。

到此，相信大家对“Python虚拟机中复数的实现原理是什么”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是编程网网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！