Python >= 3.3 内部字符串表示

Posted 2023-04-18

【中文标题】Python >= 3.3 内部字符串表示

【英文标题】：Python >= 3.3 Internal String Representation

【发布时间】：2020-10-05 15:42:02

【问题描述】：

我正在研究 PEP 393 之后 Python 如何表示字符串，但我不了解 PyASCIIObject 和 PyCompactUnicodeObject 之间的区别。

我的理解是字符串用以下结构表示：

typedef struct 
    PyObject_HEAD
    Py_ssize_t length;          /* Number of code points in the string */
    Py_hash_t hash;             /* Hash value; -1 if not set */
    struct 
        unsigned int interned:2;
        unsigned int kind:3;
        unsigned int compact:1;
        unsigned int ascii:1;
        unsigned int ready:1;
        unsigned int :24;
     state;
    wchar_t *wstr;              /* wchar_t representation (null-terminated) */
 PyASCIIObject;

typedef struct 
    PyASCIIObject _base;
    Py_ssize_t utf8_length;
    char *utf8;
    Py_ssize_t wstr_length;
 PyCompactUnicodeObject;

typedef struct 
    PyCompactUnicodeObject _base;
    union 
        void *any;
        Py_UCS1 *latin1;
        Py_UCS2 *ucs2;
        Py_UCS4 *ucs4;
     data;                 
 PyUnicodeObject;

如果我错了，请纠正我，但我的理解是 PyASCIIObject 仅用于具有 ASCII 字符的字符串，PyCompactUnicodeObject 使用 PyASCIIObject 结构，它用于具有至少一个非 ASCII 字符的字符串，而 PyUnicodeObject 用于遗留功能。对吗？

另外，为什么 PyASCIIObject 使用 wchar_t？ char 还不足以表示 ASCII 字符串吗？ 另外，如果 PyASCIIObject 已经有一个 wchar_t 指针，为什么 PyCompactUnicodeObject 也有一个 char 指针？我的理解是两个指针都指向同一个位置，但是为什么要同时包含两者呢？

【参考方案1】：

PEP 373 确实是您问题的最佳参考，尽管有时也需要the C-API docs。让我们一一解答您的问题：

你有正确的类型。但是有一个不明显的问题：当您使用任何一种“紧凑”类型（PyASCIIObject 或PyCompactUnicodeObject）时，结构本身只是一个标题。字符串的实际数据在结构之后立即存储在内存中。数据使用的编码由kind 字段描述，并将取决于字符串中的最大字符值。

前两个结构中的wstr 和utf8 指针是在C 代码请求时可以存储转换后的表示的地方。对于 ASCII 字符串（使用 PyASCIIObject），UTF-8 数据不需要缓存指针，因为 ASCII 数据本身与 UTF-8 兼容。宽字符缓存仅由不推荐使用的函数使用。

这两个缓存指针永远不会指向同一个地方，因为它们的类型不直接兼容。对于紧凑字符串，它们仅在需要 UTF-8 缓冲区（例如 PyUnicode_AsUTF8AndSize）或 Py_UNICODE 缓冲区（例如已弃用的 PyUnicode_AS_UNICODE）的函数被调用时分配。

对于使用已弃用的基于 Py_UNICODE 的 API 创建的字符串，wstr 指针有额外的用途。它指向字符串数据的only 版本，直到在字符串上调用PyUnicode_READY 宏。第一次准备好字符串时，将创建一个新的data 缓冲区，并将字符存储在其中，使用Latin-1、UTF-16 和UTF-32 中可能最紧凑的编码。 wstr 缓冲区将被保留，因为稍后其他想要查找 PY_UNICODE 字符串的已弃用 API 函数可能需要它。

有趣的是，您现在正在询问 CPython 的内部字符串表示，因为有一个讨论 currently ongoing 关于是否可以在即将发布的 Python 版本中删除已弃用的字符串 API 函数和实现细节（如 wchar * 指针） .看起来 Python 3.11.0（预计将于 2022 年发布）可能会发生这种情况，但在此之前计划仍可能发生变化，特别是如果对野外使用的代码的影响比预期的更严重的话。