深度解密 Python 的浮点数是怎么实现的？

假设我们要将两个浮点数相加，相信你已经知道解释器会如何做了？通过 PyFloat_AsDouble 将两个浮点数的 ob_fval 抽出来，然后相加，最后再根据相加的结果创建一个新的 PyFloatObject 即可。

楔子

从现在开始，我们就来分析 Python 的内置对象，看看它们在底层是如何实现的。但说实话，我们在前面几篇文章中介绍对象的时候，已经说了不少了，不过从现在开始要进行更深入的分析。

除了对象本身，还要看对象支持的操作在底层是如何实现的。我们首先以浮点数为例，因为它是最简单的，没错，浮点数比整数要简单，至于为什么，等我们分析整数的时候就知道了。

浮点数的底层结构

要想搞懂浮点数的实现原理，就要知道它在底层是怎么定义的，当然在这之前我们已经见过它很多遍了。

// Include/cpython/floatobject.h
typedef struct {
    PyObject_HEAD
    double ob_fval;
} PyFloatObject;

它包含了一个公共头部 PyObject 和一个 double 类型的 ob_fval 字段，毫无疑问这个 ob_fval 字段负责存储浮点数的具体数值。

我们以 e = 2.71 为例，底层结构如下。

图片

还是很简单的，每个对象在底层都是由结构体表示的，这些结构体中有的字段负责维护对象的元信息，有的字段负责维护具体的值。比如这里的 2.71，总要有一个字段来存储 2.71 这个值，而这个字段就是ob_fval。所以浮点数的结构非常简单，直接使用一个 C 的 double 来维护。

假设我们要将两个浮点数相加，相信你已经知道解释器会如何做了？通过PyFloat_AsDouble将两个浮点数的ob_fval抽出来，然后相加，最后再根据相加的结果创建一个新的 PyFloatObject 即可。

浮点数是怎么创建的

下面来看看浮点数是如何创建的，在前面的文章中，我们说对象可以使用对应的特定类型 API创建，也可以通过调用类型对象创建。

调用类型对象 float创建实例对象，解释器会执行元类type的 tp_call，它指向了 type_call 函数。然后 type_call 内部会先调用类型对象（这里是 float）的tp_new为其实例对象申请一份空间，申请完毕之后对象就已经创建好了。然后再调用tp_init，并将实例对象作为参数传递进去，进行初始化，也就是设置属性。

但是对于 float 来说，它内部的tp_init字段为0，也就是空。

图片

这就说明 float 没有__init__，因为浮点数太过简单，只需要一个 tp_new 即可。我们举个例子：

class Girl1:

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

# __new__  负责开辟空间、生成实例对象
# __init__ 负责给实例对象绑定属性

# 但其实 __init__ 所做的工作可以直接在 __new__ 当中完成
# 换言之有 __new__ 就足够了，其实可以没有 __init__
# 我们将上面的例子改写一下
class Girl2:

    def __new__(cls, name, age):
        instance = object.__new__(cls)
        instance.name = name
        instance.age = age
        return instance

g1 = Girl1("古明地觉", 16)
g2 = Girl2("古明地觉", 16)
print(g1.__dict__ == g2.__dict__)  # True

我们看到效果是等价的，因为 __init__ 负责给 self 绑定属性，而这个 self 是__new__ 返回的。那么很明显，我们也可以在 __new__ 当中绑定属性，而不需要 __init__。