Python中一切皆对象:深入理解Python的对象模型

“Python 中一切皆对象”——这句话几乎是 Python 程序员的口头禅,但真正能深入讲清楚它背后机制的人并不多。下面带你彻底搞懂 Python 的对象模型,读完后你会明白为什么 3Nonefunctionclass 甚至 type 本身都是对象。

一、核心结论(先记下来)

东西在 Python 中是不是对象?它的类型是什么?谁创建了它?
数字 3inttype 创建的实例
字符串 “hello”strtype 创建的实例
函数 def f():…functiontype 创建的实例
类 class A:…type(默认)type 的实例(元类)
模块(import math)moduletype 创建的实例
NoneNoneTypetype 创建的实例
type 本身typetype 是自己的实例!

是的,type 自己也是对象,它是自己的实例,这才是 Python 对象模型的终极闭环。

二、Python 的三层对象模型(必须掌握的图)

            ┌──────────────┐
            │   type       │ ◄─────────────────┐
            │ (元类,type本身)                 │
            └──────┬───────┘                  │
                   │ 创建                     │
            ┌──────▼───────┐                  │
            │  类对象       │                  │
            │ (如 int,str,  │                  │
            │  list,自定义类)                  │
            └──────┬───────┘                  │
                   │ 创建                     │
            ┌──────▼───────┐                  │
            │  实例对象     │                  │
            │ (3,"hi",[1,2], │◄─────────────────┘
            │  你 new 出来的) 
            └──────────────┘

所有东西都是对象,所有对象都是某个类的实例,所有类(包括 type 自己)都是 type 的实例。

三、实战验证(直接在 Python 交互式环境敲)

>>> a = 42
>>> type(a)                  # a 是对象,它的类是 int
<class 'int'>
>>> type(int)                # int 本身也是对象,它的类是 type
<class 'type'>
>>> type(type)               # type 自己也是对象,它的类还是 type!
<class 'type'>

>>> def f(): pass
>>> type(f)
<class 'function'>
>>> type(f).__class__        # function 类的类也是 type
<class 'type'>

>>> import math
>>> type(math)
<class 'module'>
>>> type(math).__class__
<class 'type'>

>>> None.__class__
<class 'NoneType'>
>>> type(None)
<class 'NoneType'>
>>> type(NoneType)           # NoneType 也是 type 创建的
<class 'type'>

四、类也是对象 → 可以赋值、传参、放进容器

>>> class Dog: pass
>>> my_class = Dog              # 类就是对象,可以赋值
>>> d = my_class()              # 用变量创建实例
>>> Dog in [list, str, Dog]     # 可以放进列表
True

def create_obj(cls):            # 把类当参数传
    return cls()

>>> create_obj(list)
[]

这也是装饰器、工厂函数、Django 的模型系统能玩出花来的根本原因。

五、type 是终极元类:动态创建类

# 三种完全等价的写法
class A: pass

A = type('A', (), {})

def __init__(self, x): self.x = x
A = type('A', (), {'__init__': __init__, 'say': lambda self: print('hi')})

这就是框架(Django ORM、SQLAlchemy、pydantic 等)能在运行时动态生成类的底层原理。

六、对象头结构(底层 CPython 实现)

每个 Python 对象在内存中都有一个 PyObject 头(简化版):

typedef struct {
    Py_ssize_t ob_refcnt;    // 引用计数
    PyTypeObject *ob_type;   // 指向它的类型对象(这就是 type(a) 的来源)
} PyObject;

所有对象(包括 int、list、自定义类实例)都从这个结构开始,所以“一切皆对象”不是哲学,是真实内存布局。

七、常见误区澄清

误区正确理解
基本类型不是对象错!3 是 int 的实例,和自定义类实例没有任何本质区别
函数和类是“特殊”东西不是,它们也是普通对象,只是类型分别是 function 和 type
type 不是对象错!type 是一个对象,而且是自己的类(固定点)
只能用 class 定义类错!type() 才是底层真相,class 是语法糖

八、一张图记住 Python 对象模型(背会它)

                 +-------+
                 | type  | ← type 是自己的实例(终极老板)
                 +-------+
                     ↑
            ┌────────┴────────┐
            |                 |
    所有类(int,str,list,自定义类...)都是 type 的实例
            ↓                 ↓
    所有实例(3,"abc",[],你new的任何对象)都是某个类的实例

总结:真正理解“一切皆对象”后,你会发现

  • @classmethod@staticmethod 的本质变得清晰
  • 元类(metaclass)不再神秘
  • 装饰器、工厂模式、Django models、pydantic 模型的底层原理一目了然
  • 为什么 isinstance(3, int)isinstance(3, object) 都为 True(因为 int 继承了 object)

记住一句话:

在 Python 里,唯一“创造”东西的只有 type,其他所有东西(包括类和实例)都是 type 制造出来的对象。

这就是 Python 对象模型的终极真相。掌握它,你就真正掌握了 Python 的灵魂。

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