ホームページ  >  記事  >  バックエンド開発  >  Python 仮想マシンにおける浮動小数点数の実装原理は何ですか?

Python 仮想マシンにおける浮動小数点数の実装原理は何ですか?

王林
王林転載
2023-04-21 18:43:09982ブラウズ

    浮動小数点データ構造

    cpython 仮想マシンにおける浮動小数点数型のデータ構造定義は次のとおりです。

    typedef struct {
        PyObject_HEAD
        double ob_fval;
    } PyFloatObject;

    上記のデータの構造定義図は次のとおりです。

    Python 仮想マシンにおける浮動小数点数の実装原理は何ですか?

    • #上記のデータ構造で最も重要なフィールドは ob_fval で、ここに浮動小数点数が格納されます。実際に保管されている。

    • ob_refcnt は、オブジェクトの参照カウントです。

    • ob_type はオブジェクトのタイプです。

    浮動小数点数の関連メソッド

    float オブジェクトの作成

    cpython 内で前述したタプル オブジェクトとリスト オブジェクトと同じです。 float 型では、浮動小数点数のメモリ割り当てを高速化するために、中間層も float オブジェクトに追加されます。具体的な関連コードは次のとおりです:

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

    cpython 内でさらに実行すると、100 個の float オブジェクトがキャッシュされます。メモリ空間が 100 を超える場合、メモリは直接解放されます。ここで注意する必要があるのは、すべての float オブジェクトは 1 つのポインタだけでキャッシュできることです。これはどのように実現されるのでしょうか。

    これは、オブジェクト PyFloatObject の struct _typeobject *ob_type; フィールドを使用して実装されます。free_list のデータは使用されないため、このフィールドを使用して次の float オブジェクトのメモリ空間をポイントします。この機能 メモリスペースを節約します。以下は、float オブジェクトを作成する具体的なプロセスです:

    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

    次は、cpython での浮動小数点数の加算の具体的な実装です。プロセス全体は比較的単純です。新しい値を取得し、新しい値を作成します。PyFloatObject オブジェクトを取得し、このオブジェクトを返します。

    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
    }

    引き算

    引き算も同様です。

    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

    出力ステートメントの行がここに追加されます。これは、後でテストする際の便宜のためです。

    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);
    }

    絶対値の検索

    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));
    }

    ブール値の検索

    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;
    }

    下の図は cpython プログラムの修正です。

    Python 仮想マシンにおける浮動小数点数の実装原理は何ですか?

    #修正後に再度浮動小数点数を演算すると、上記のコードに追加した文が出力されていることがわかります。

    Python 仮想マシンにおける浮動小数点数の実装原理は何ですか?

    以上がPython 仮想マシンにおける浮動小数点数の実装原理は何ですか?の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。

    声明:
    この記事はyisu.comで複製されています。侵害がある場合は、admin@php.cn までご連絡ください。