《Fluent Python》 -- 一个关于memoryview例子的理解过程

近日，在阅读《Fluent Python》的第2.9.2节时，有一个关于内存视图的例子，当时看的一知半解，后来查了一些资料，现在总结一下，以备后续查询；

示例复述

添加了一些额外的代码，便于更好理解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]

我的理解和疑惑

• nembers是一个signed short int类型的数组；
• memv是使用上述数组创建的一个memoryview，即内存视图，它使memv能够共享nembers数组的内存，但不需要复制里面的内容，这使得memv也能够访问和操作numbers数组的元素；memv[0] # -2也就可以理解了。
• memv.cast('B')把memv转换成一个unsigned char int的新memoryview，并返回给memv_oct。
• memv_oct.tolist()的元素比原始数组多了一倍：
  • signed short int在内存中是以2个字节存储，而unsigned char int在内存中则是1个字节存储。
  • memv.tolist()和numbers的内容还是一样的，所以memoryview只是换个角度看同一个事物，即所谓的横看成岭侧成峰，远近高低各不同
  • 至此，我有一个不理解的地方：为什么signed short int类型的-2转换成unsigned char int类型时，变成254 255？
• memv_oct[5] = 4将signed short int类型的0的高字节赋值成4；在二进制的层面下看，即0000 0000 0000 0000转换成了0000 0000 0010 0000，十进制也就是1024；
• 同时，我们也可以看到memv.tolist()也随着numbers改变了。更能说明memoryview只是对同一块数据的进行不同形式的表达；

解惑

正整数的情况可以理解，负整数的情况就理解不了，这说明正负整数在内存中的存储形式是不一样的。有了方向我们就直接搜一下吧。

• signed short int类型的原码最高位表示正负，0代表正数，1代表负数。
• 它们内存中是以补码的形式存储的，其中正数的补码和原码相同；负数的补码，是其原码除符号位（即最高位）外，其余全部取反，再加1；
• signed short int类型的-2，其原码为0100 0000 0000 0001，除符号位取反，为1011 1111 1111 1111，再加1，为0111 1111 1111 1111。当以unsigned char int类型读出来的时候，就成了254 255了；-1亦是同理，即255 255；

总结

其实这都是《计算机组成原理》的基本知识，只是当我们习惯了使用一些高级编程语言的时候，对于这些底层的东西就不那么敏感了。