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整數溢出

開始介紹 int?對象前，先考考大家：下面這個?C?程序( test.c?)運行后輸出什么？是 1000000000000?(一萬億)嗎？

#include?

int?main(int?argc,?char?*argv[]){
????int?value?=?1000000;
????printf("%d\n",?value?*?value);

????return?0;
}

可能有不少人覺得這沒啥好問的，一百萬乘以一百萬不就是一萬億嗎？但現實卻不是如此。

在計算機中，由于變量類型存儲空間固定，它能表示的數值范圍也是有限的。以 int?為例，該類型長度為 32?位，能表示的整數范圍為 -2147483648?至?2147483647?。一萬億顯然超出該范圍，換句話講程序發生了 整數溢出?。因此，運行 test.c?，程序這樣輸出也就不奇怪了：

$?gcc?-o?test?test.c
$?./test
-727379968

不僅是 C?語言，很多編程語言都存在整數溢出的問題，數據庫中的整數類型也是。由于整數溢出現象的存在，程序員需要結合業務場景，謹慎選擇數據類型。一旦選擇不慎或者代碼考慮不周，便會導致嚴重 BUG?。

int 對象的行為

與其他語言相比，?Python?中的整數永遠不會有溢出的現象。一百萬乘以一百萬， Python?可以輕易算出來：

>>>?1000000?*?1000000
1000000000000

Pyhton?甚至可以計算十的一百次方，這在其他語言是不可想象的：

>>>?10?**?100
10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

計算結果如此龐大，就算用 64?位整數，也難以表示。但?Python?中的整數對象卻可以輕松應付，完全不需要任何特殊處理。為什么?Python?整數有這樣的魔力呢？讓我們深入整數對象源碼，撥開心中的迷霧。

在源碼中，我們將領略到?C?語言 實現大整數的藝術?。也許你曾經被面試官要求用 C/C++?實現大整數，卻因為考慮不周而不幸敗北。不要緊，掌握 Python?整數的設計秘密后，實現大整數對你來說將是易如反掌。

int 對象的設計

int?對象在 Include/longobject.h?頭文件中定義：

typedef?struct?_longobject?PyLongObject;?/*?Revealed?in?longintrepr.h?*/

我們順著注釋找到了 Include/longintrepr.h?，實現 int?對象的結構體真正藏身之處：

struct?_longobject?{
????PyObject_VAR_HEAD
????digit?ob_digit[1];
};

這個結構我們并不陌生，說明 int?對象是一個變長對象。除了變長對象都具有的公共頭部，還有一個 digit?數組，整數值應該就存儲在這個數組里面。digit?又是什么呢？同樣在 Include/longintrepr.h?頭文件，我們找到它的定義：

#if?PYLONG_BITS_IN_DIGIT?==?30
typedef?uint32_t?digit;
//?...
#elif?PYLONG_BITS_IN_DIGIT?==?15
typedef?unsigned?short?digit;
//?...
#endif

看上去 digit?就是一個 C?語言整數，至此我們知曉?int?對象是通過整數數組來實現大整數的。一個 C?整數類型不夠就兩個嘛，兩個不夠那就 n?個！至于整數數組用什么整數類型來實現， Python?提供了兩個版本，一個是 32?位的 uint32_t ，一個是 16?位的 unsigned short?，編譯?Python?解析器時可以通過宏定義指定選用的版本。

這主要是出于內存方面的考量：對于范圍不大的整數，用?16?位整數表示即可，用 32?位就有點浪費。本人卻覺得由于整數對象公共頭部已經占了 24?字節，省這?2?個字節其實意義不大。

整數對象對象大小

16位整數數組	32位整數數組
1	24 + 2 * 1 = 26	24 + 4 * 1 = 28
1000000	24 + 2 * 2 = 28	24 + 4 * 1 = 28
10000000000	24 + 2 * 3 = 30	24 + 4 * 2 = 32

由此可見，選用 16?位整數數組時， int?對象內存增長的粒度更小，有些情況下可以節省 2?個字節。但是這 2?字節相比 24?字節的變長對象公共頭部顯得微不足道，因此 Python?默認選用 32?位整數數組也就不奇怪了。

如上圖，對于比較大的整數， Python 將其拆成若干部分，保存在 ob_digit 數組中。然而我們注意到在結構體定義中， ob_digit 數組長度卻固定為 1 ，這是為什么呢？由于 C 語言中數組長度不是類型信息，我們可以根據實際需要為 ob_digit 數組分配足夠的內存，并將其當成長度為 n 的數組操作。這也是 C 語言中一個常用的編程技巧。

通過上面的學習，我們知道 int 對象是通過整數數組來實現大整數的。那么，大整數實現的原理又是如何的呢？

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的python 将数组转化8位整数_int对象，永不溢出的整数的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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