Python 的 None 是怎么实现的？

楔子

本篇文章来聊一聊 None 是怎么实现的，None 在 Python 里面也是一个对象，用于表示空（值不存在的情况）。比如基于主键从数据库获取记录，如果没有查询到，那么一般会返回 None。

另外如果函数没有返回值，那么会隐式地返回 None，表示返回的是空。

None 的底层结构

和其它对象不同，由于 None 没有额外的实体数据，所以它在底层就是一个 PyObject 结构体实例。因此也能看出，None 的大小为 16 字节。

// Objects/object.c
PyObject _Py_NoneStruct = {
    _PyObject_EXTRA_INIT
    { _Py_IMMORTAL_REFCNT },
    &_PyNone_Type
};

None 在底层只包含引用计数和类型，引用计数为 2 ** 32 - 1，所以 None 是一个永恒对象，然后类型为 _PyNone_Type。由于变量都是 PyObject *，所以和布尔值一样，解释器也提供了相应的宏，从而方便使用。

// Include/object.h
#define Py_None (&_Py_NoneStruct)

注意：None 是单例的，如果要判断对象是否为空，应该使用 is 关键字。

// Objects/object.c
// Python 虽然一切皆对象，但你能拿到的都是对象的指针
// 所以变量本质上就是指针，但操作变量时会自动操作变量指向的内存
// 而 is 用于判断两个变量是否引用同一个对象
// 那么底层只需要判断这两个变量保存的地址是否相同即可
int Py_Is(PyObject *x, PyObject *y)
{
    // 所以 is 在底层就是一个 == 判断
    return (x == y);
}
// x is None，只需判断 x 保存的地址和 Py_None 是否相同
int Py_IsNone(PyObject *x)
{
    return Py_Is(x, Py_None);
}
// x is True，只需判断 x 保存的地址和 Py_True 是否相同
int Py_IsTrue(PyObject *x)
{
    return Py_Is(x, Py_True);
}
// x is False，只需判断 x 保存的地址和 Py_False 是否相同
int Py_IsFalse(PyObject *x)
{
    return Py_Is(x, Py_False);
}

比较简单，相信对你来说已经没有任何难度了。

None 的类型

说完了 None 本身，再来看看它的类型。

print(type(None))
"""
<class 'NoneType'>
"""

None 的类型是 NoneType，但这个类解释器没有暴露给我们，需要通过 type 去获取。

class MyNone(type(None)):
    pass
"""
TypeError: type 'NoneType' is not an acceptable base type
"""

注意：NoneType 无法被继承，当然我们一般也不会去继承它。

然后看一下 NoneType 的底层结构，它位于 Objects/object.c 中。

NoneType 的类型也是 type，然后它实现了 tp_as_number。

// Objects/object.c
static PyNumberMethods none_as_number = {
    // ...
    (inquiry)none_bool,         /* nb_bool */
    // ...
};

但是只实现了里面的 nb_bool，用于生成布尔值。

// Objects/object.c
static int
none_bool(PyObject *v)
{
    return 0;
}

函数返回的是 0，因此调用 PyBool_FromLong 的时候，会返回 Py_False。

print(bool(None))  # False
print(not not None)  # False

小结

以上我们就简单介绍了 None，当然内容有些过于简单了，因为 None 本身就没多少内容，核心就两点：

• None 是单例的；