28. 创建 GC 管理的对象

我们已经直到 Integer、String 等简单 Object 可以完全通过引用计数完成内存管理，List、Tuple、Dict 等对象被成为容器（container），其中又可能包含其他容器而形成 “循环引用”，使得引用计数方案失效。GC 是引用技术方案的补充。从之前研究过的 List 对象中，可以看到其与 GC 打交道的影子：

// Objects/listobject.c:179

// 先在 GC 中创建 ListObject
op = PyObject_GC_New(PyListObject, &PyList_Type);

// Objects/listobject.c:197
// 让 GC 开始跟踪该对象
_PyObject_GC_TRACK(op);

对比之前的 LongObject 的创建：

// Objects/longobject.c:275

// 直接在内存池中申请对象
result = PyObject_MALLOC(offsetof(PyLongObject, ob_digit) +
                             size*sizeof(digit));

显然，在 GC 中创建的对象与直接在内存中创建有一些区别，否则 ListObject 的创建就没必要多此一举使用 PyObject_GC_New 接口了。如果一直深入 PyObject_GC_New 函数，最后就可以看到这样的代码：

// Modules/gcmodule.c:1952
_PyObject_GC_Alloc(int use_calloc, size_t basicsize)
{
    // 忽略一些无关代码

    // 实际申请的内存中额外申请了一块 PyGC_Head
    size = sizeof(PyGC_Head) + basicsize;

    // 申请内存
    if (use_calloc)
        g = (PyGC_Head *)PyObject_Calloc(1, size);
    else
        g = (PyGC_Head *)PyObject_Malloc(size);

    // 其他代码
}

注意，Python 3.8 中此处代码与 2.5 版本有一些差异。

可以看到 PyObject_GC_New 最终调用的其实还是 PyObject_* 接口，区别在于，GC 管理下的内存增加了一些附加信息 PyGC_Head，从名称也可以清除的看出来这是一段仅与 GC 相关的信息，其结构：

// Include/cpython/objimpl.h:45

typedef struct {
    uintptr_t _gc_next;
    uintptr_t _gc_prev;
} PyGC_Head;

倒是非常简单，显然是一个双向链表节点的前、后指针，大致可以猜的到，GC 通过双向链表管理这些 containers。

同样的，Python 3.8 对 PyGC_Head 做了一些优化，一些原有的信息被复用到这两个指针中，后面我们会看到是如何利用这两个指针复用表示 ref_cnt、obj unreachable、collecting 等更多信息。由于 Object 是 Python 中非常普遍的概念，这种内存优化实际上降低了代码的可读性，但是在大量对象时，对内存使用率的提升是可观的。

综合目前已知的信息，我们可以确定，这些在 GC 管理下的对象结构应该看起来这样，希望你还记得 PyObject 的结构，如果忘记了可以翻看前文：

明日继续。

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28. 创建 GC 管理的对象