《Fluent Python》 -- 一個關於memoryview例子的理解過程

近日，在閱讀《Fluent Python》的第2.9.2節時，有一個關於內存視圖的例子，當時看的只知其一;不知其二，後來查了一些資料，如今總結一下，以備後續查詢；

示例複述

添加了一些額外的代碼，便於更好理解memoryview

>>> import array
>>> numbers = array.array('h', [-2, -1, 0, 1, 2])
>>> memv = memoryview(numbers)
>>> len(memv)
5
>>> memv[0]
-2
>>> memv_oct = memv.cast('B')
>>> memv_oct
<memory at 0x10869d7c8>
>>> memv_oct.tolist()
[254, 255, 255, 255, 0, 0, 1, 0, 2, 0]
>>> memv.tolist()
[-2, -1, 0, 1, 2]
>>> memv_oct[5] = 4
>>> numbers
array('h', [-2, -1, 1024, 1, 2])
>>> memv.tolist()
[-2, -1, 1024, 1, 2]
>>> memv_oct.tolist()
[254, 255, 255, 255, 0, 4, 1, 0, 2, 0]

個人理解和疑惑

• nembers是一個signed short int類型的數組；
• memv是使用上述數組建立的一個memoryview，即內存視圖，它使memv可以共享nembers數組的內存，但不須要複製裏面的內容，這使得memv也可以訪問和操做numbers數組的元素；memv[0] # -2也就能夠理解了。
• memv.cast('B')把memv轉換成一個unsigned char int的新memoryview，並返回給memv_oct。
• memv_oct.tolist()的元素比原始數組多了一倍：
  • signed short int在內存中是以2個字節存儲，而unsigned char int在內存中則是1個字節存儲。
  • memv.tolist()和numbers的內容仍是同樣的，因此memoryview只是換個角度看同一個事物，即所謂的橫當作嶺側成峯，遠近高低各不一樣
  • 至此，我有一個不理解的地方：爲何signed short int類型的-2轉換成unsigned char int類型時，變成254 255？
• memv_oct[5] = 4將signed short int類型的0的高字節賦值成4；在二進制的層面下看，即0000 0000 0000 0000轉換成了0000 0000 0010 0000，十進制也就是1024；
• 同時，咱們也能夠看到memv.tolist()也隨着numbers改變了。更能說明memoryview只是對同一塊數據的進行不一樣形式的表達；

解惑

正整數的狀況能夠理解，負整數的狀況就理解不了，這說明正負整數在內存中的存儲形式是不同的。有了方向咱們就直接搜一下吧。

• signed short int類型的原碼最高位表示正負，0表明正數，1表明負數。
• 它們內存中是以補碼的形式存儲的，其中正數的補碼和原碼相同；負數的補碼，是其原碼除符號位（即最高位）外，其他所有取反，再加1；
• signed short int類型的-2，其原碼爲0100 0000 0000 0001，除符號位取反，爲1011 1111 1111 1111，再加1，爲0111 1111 1111 1111。當以unsigned char int類型讀出來的時候，就成了254 255了；-1亦是同理，即255 255；

總結

其實這都是《計算機組成原理》的基本知識，只是當咱們習慣了使用一些高級編程語言的時候，對於這些底層的東西就不那麼敏感了。