Python 如何在内部存储日期时间？

Question

我发现 _datetimemodule.c 似乎是正确的文件，但我需要一些帮助，因为 C 不是我的强项。

>>> import datetime
>>> import sys
>>> d = datetime.datetime.now()
>>> sys.getsizeof(d)
48
>>> d = datetime.datetime(2018, 12, 31, 23, 59, 59, 123)
>>> sys.getsizeof(d)
48

所以一个不识别时区的日期时间对象需要 48 字节。看PyDateTime_DateTimeType，好像是一个PyDateTime_DateType，一个PyDateTime_TimeType。也许还有 _PyDateTime_BaseTime?

看代码，感觉YYYY-mm-dd HH:MM:ss中每个字段都存储了一个组件，意思是：

年份：例如int（例如 int16_t 将是 16 位）
月份：例如int8_t
天：例如int8_t
小时：例如int8_t
分钟：例如int8_t
第二个：例如int8_t
微秒：例如uint16_t

但这将是 2*16 + 5 * 8 = 72 位 = 9 字节，而不是 Python 告诉我的 48 字节。

我对 datetime 内部结构的假设哪里错了？我如何在代码中看到这个？

（我想这可能在 Python 实现之间有所不同 - 如果是这样，请关注 cPython）

Answer 1

您遗漏了图片的关键部分：实际的日期时间结构定义，位于 Include/datetime.h 中。里面也有重要的评论。以下是一些重要摘录：

/* Fields are packed into successive bytes, each viewed as unsigned and
 * big-endian, unless otherwise noted:
 *
 * byte offset
 *  0           year     2 bytes, 1-9999
 *  2           month    1 byte, 1-12
 *  3           day      1 byte, 1-31
 *  4           hour     1 byte, 0-23
 *  5           minute   1 byte, 0-59
 *  6           second   1 byte, 0-59
 *  7           usecond  3 bytes, 0-999999
 * 10
 */

...

/* # of bytes for year, month, day, hour, minute, second, and usecond. */
#define _PyDateTime_DATETIME_DATASIZE 10

...

/* The datetime and time types have hashcodes, and an optional tzinfo member,
 * present if and only if hastzinfo is true.
 */
#define _PyTZINFO_HEAD          \
    PyObject_HEAD               \
    Py_hash_t hashcode;         \
    char hastzinfo;             /* boolean flag */

...

/* All datetime objects are of PyDateTime_DateTimeType, but that can be
 * allocated in two ways too, just like for time objects above.  In addition,
 * the plain date type is a base class for datetime, so it must also have
 * a hastzinfo member (although it's unused there).
 */

...

#define _PyDateTime_DATETIMEHEAD        \
    _PyTZINFO_HEAD                      \
    unsigned char data[_PyDateTime_DATETIME_DATASIZE];

typedef struct
{
    _PyDateTime_DATETIMEHEAD
} _PyDateTime_BaseDateTime;     /* hastzinfo false */

typedef struct
{
    _PyDateTime_DATETIMEHEAD
    unsigned char fold;
    PyObject *tzinfo;
} PyDateTime_DateTime;          /* hastzinfo true */

此外，请注意 Modules/_datetimemodule.c 中的以下 lines：

static PyTypeObject PyDateTime_DateTimeType = {
    PyVarObject_HEAD_INIT(NULL, 0)
    "datetime.datetime",                        /* tp_name */
    sizeof(PyDateTime_DateTime),                /* tp_basicsize */

那 tp_basicsize 行表示 sizeof(PyDateTime_DateTime)，而不是 sizeof(_PyDateTime_BaseDateTime)，并且该类型没有实现任何特殊的 __sizeof__ 处理。这意味着 datetime.datetime 类型将其实例大小报告为时区感知日期时间的大小，即使对于不感知的实例也是如此。

您看到的 48 字节计数细分如下：

8 字节引用计数
8 字节类型指针
8 字节缓存哈希
1 字节“hastzinfo”标志
10 字节手动打包unsigned char[10] 包含日期时间数据
1 字节“折叠”标志 (DST-related)
4 字节填充，对齐 tzinfo 指针
8 字节 tzinfo 指针

即使您不知道的实例的实际内存布局没有折叠标志或 tzinfo 指针，也是如此。

当然，这就是所有实施细节。它可能在不同的 Python 实现、不同的 CPython 版本、32 位 CPython 构建或 CPython 调试构建上有所不同（有当 CPython 编译时定义了 Py_TRACE_REFS 时 PyObject_HEAD 中的额外内容）。

Python 如何在内部存储日期时间？

How does Python store datetime internally?

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datetime

cpython