说到计算机中的整型，相信很多人都会联想到32位整型（或者int），是程序员日常生活中用的最多的一种类型。32位整型顾名思义，占用32个位也就是4个字节，取值范围−2,147,483,648~ 2,147,483,647 。C/C++中是4个字节，Java中也是4个字节，但是Python中呢？
我们知道Python中也有int类，而且非常好用，原生支持高精度计算。但是Python中的一个整型到底占用多少字节呢？我相信绝大多数的Python程序员从未想过这一点，越是习以为常的东西越是不会在意它的存在。
在Python中，如果想要知道一个对象所占用的内存大小，只需要使用sys.getsizeof这个API就可以了。那就让我们来试一下不同的整数
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print(sys.getsizeof(0)) # 24 print(sys.getsizeof(1)) # 28 print(sys.getsizeof(2)) # 28 print(sys.getsizeof(2**15)) # 28 print(sys.getsizeof(2**30)) # 32 print(sys.getsizeof(2**128)) # 44 |
从上面的小实验可以看出，一个整型最少要占24字节(0)，1开始就要占用28个字节，到了2的30次方开始要占用32个字节，而2的128次方则要占用44个字节。我们可以得到两点规律，1. 字节数随着数字增大而增大。2. 每次的增量是4个字节。 好像至此已经回答了我们的题目中的问题：Python中的整型占多少个字节？答案是：变长的（相对于int32的定长），而且最少24个字节。
你以为本文到这里就结束了吗？那你就图样图森破了。一个整型数2，居然要占用28个字节！这完全了颠覆了我的认知，我一定搞清楚为什么。 在哥们的帮助下，我找到了Python的源码。 https://github.com/python/cpython
Python的官方实现是C语言，所以叫cpython。这也就意味着只要Python还在，C就会不消失。其他实现还有jython(Java), IronPython (.Net), PyPy (Python)。
第一件事情要搞清楚的是Python中int类型在cpython的名字是什么？看了半天，在 longobject.h 中发现了一个叫 PyLongObject 的结构体。然而它只是一个马甲，是 _longobject的别名。在longintrepr.h中找到了 _longobject 的定义如下：
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struct _longobject { PyObject_VAR_HEAD digit ob_digit[1]; }; |
在文件的开头就看到了typedef uint32_t digit;，digit就是unit32_t, 每个元素占4个字节。但PyObject_VAR_HEAD又是什么鬼？在object.h中发现了它是个宏，上面的注释倒是挺有意思的。
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/* PyObject_VAR_HEAD defines the initial segment of all variable-size container objects. These end with a declaration of an array with 1 element, but enough space is malloc'ed so that the array actually has room for ob_size elements. Note that ob_size is an element count, not necessarily a byte count. */ define PyObject_VAR_HEAD PyVarObject ob_base; |
等一下，PyVarObject又是什么？还好定义就在下面。
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typedef struct { PyObject ob_base; Py_ssize_t ob_size; /* Number of items in variable part */ } PyVarObject; |
又一层嵌套，是不是已经晕了，继续查看PyObject的定义，这次反而在上面了。
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typedef struct _object { _PyObject_HEAD_EXTRA Py_ssize_t ob_refcnt; struct _typeobject *ob_type; } PyObject; |
有完没完啊？_PyObject_HEAD_EXTRA又是什么？看了一下发现它只在debug build中有定义，这里就不展开了。Py_ssize_t等于ssize_t如果有定义的话， ssize_t在64位的机器上就是long。_typeobject又是什么？感觉应该非常大，不然就不会用指针了。不过话说回来，既然用了指针，我又何必去关心它是什么呢？反正就是8个字节而已，指向一个内存地址。至此真相大了一个白，如果我们把structs flatten, PyLongObject 定义如下：
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struct PyLongObject { long ob_refcnt; // 8 bytes struct _typeobject *ob_type; // 8 bytes long ob_size; // 8 bytes unsigned int ob_digit[1]; // 4 bytes * abs(ob_size) }; |
ob_refcnt引用计数 8个字节，ob_type类型信息 8个字节（指针），ob_size变长部分元素的个数，8个字节。ob_digit变长的数据部分，字节数为4*abs(ob_size)，ob_size可以为0，所以最少8+8+8=24字节，每次增量都是4 (unsigned int) 的倍数。这和我们之前观察到的实验结果吻合。
以上都是基于64位的Python，对于32位的版本，定义如下：
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struct PyLongObject { int ob_refcnt; // 4 bytes struct _typeobject *ob_type; // 4 bytes int ob_size; // 4 bytes unsigned short ob_digit[1]; // 2 bytes * abs(ob_size) }; |
32位就要比64位小很多了，最少12个字节，增量为2个字节。
好了，今天就写到这里。相信你对整型数或者Python有了一个新的认识。下面一篇我们会将会介绍整型数在Python中的表示和计算。
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huahualeetcode
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