As linguagens de tipagem dinâmica costumam ter apenas 1 tipo que é o objeto. Esse tipo é que possui a infraestrutura para gerenciar os demais tipos de dados.
Eu imagino que entenda como um dado é armazenado na memória, sabe que precisa do tipo para saber o tamanho da alocação para armazenar. Como Python e outras linguagens de tipagem dinâmica possuem só 1 tipo de dado fica fácil fazer isso, todos os objetos básicos são alocados da mesma forma com o armazenamento de mesmo tamanho.
Quando estou falando de alocação é do espaço, não do gerenciamento dessa alocação porque é um conceito ortogonal, e nada tem a ver com a tipagem dinâmica, o gerenciamento de memória pode ocorrer de forma semelhante em linguagens de tipagem estática. Digo isso porque um comentário fala sobre o assunto e não é o que a pergunta quer saber, ela usou o tewrmo equivocado por não entender do que se trata com exatidão.
Esse objeto tipicamente é uma estrutura que precisa de duas informações básicas (no fim mostro especificamente de Python como é). Precisa de uma informação de qual é o tipo do valor que tem nele e o valor em si.
Esse tipo que está marcado é o que determina a tipagem que você conhece no Python, portanto a tipagem é feita em outra camada. Isso pode ser 1 byte e cada número indicar um tipo diferente. Não precisa ser assim, mas é uma forma simples e fácil de fazer.
A outra informação é o valor. Esse valor pode ter um tamanho único, por exemplo pode ser 8 bytes.
Então esse conjunto terá sempre 9 bytes. Pronto, você sabe que sempre alocará esse tamanho.
Mas o que tem nesse valor?
Se o tipo for um booleano ele só usará 1 desses 8 bytes e terá o valor 0 ou 1. Se tiver um número terá uma forma de valor com ponto flutuante ou um inteiro como otimização (cada linguagem pode fazer isso ou não) e se tiver outros tipos numéricos básicos vai fazendo assim e ocupará de 1 a 8 bytes que já foi armazenado para você.
Começa mudar um pouco quando tem uma string. Esse tipo é por referência e não por valor, então o valor ali nesses 8 bytes teria um ponteiro para o texto. Tipos por referência sempre existem em duas partes, o ponteiro e o objeto apontado onde o objeto de fato tem o dado. Aí essa alocação extra pode ter tamanho diferentes e é determinado no momento da execução, por isso o mais comum é ser alocado no heap. Isso funciona igual em qualquer outra linguagem que não tem tipagem dinâmica.
O mesmo vale para ouros tipos por referência como a lista e o dicionário, só o ponteiro para o objeto é que vai ali, e em 8 bytes cabe qualquer ponteiro.
Se entende de C esse objeto seria mais ou menos isso:
struct {
char type; //obviamente indica qual é o tipo
union { //só usa um dos valores abaixo, e sempre armazena o espaço para o maior deles
char boolean; //só se for o booleano
double number; //só se for um número
void *reference; //só se for um objeto por referência
} value;
} object;
Só para ilustrar, não precisa ser exatamente assim.
Essa é uma forma de criar uma tagged union já que C não tem esse mecanismo, em outros linguagens a tipagem poderia ser mais automática.
Então em todo código esse é o objeto que circulará. E toda linguagem sabe que antes de acessar o valor o código tem que analisar que tipo está esperando naquele contexto e o tipo do objeto que manipulará pra ver se pode realizar aquela operação ou deve dar erro se eles forem incompatíveis. Para saber o tipo daquele objeto é só olhar esse campo type
que eu mostrei aí em cima, dependendo do valor ali que está nele sabe que tipo é (por exemplo 0 seria um None
, 1 seria um booleano, 2, número, 3 string, 4, lista, 5, dicionário, 6 objeto, etc.).
A linguagem garante que toda vez que colocar um valor ali ele sincronizará o tipo no outro campo para ficar sempre compatível. Se o seu código mandar fazer alguma mudança no objeto o valor mudará e o tipo junto.
Tudo isso é feito dinamicamente. Isso nada tem a ver com a linguagem ser interpretada ou compilada, dá para fazer isso em ambas, e de fato hoje é comum Python rodar de forma compilada.
Conversão
Quando o tipo não é o que deseja você tem que usar alguma função que gere um outro objeto para você. Em alguns casos pode querer mudar o próprio objeto (aí ele passa ser do novo tipo "pra sempre"). Em algumas operações é possível fazer só uma reinterpretação, por exemplo pode fazer com que um booleano seja interpretado como um número normal sem gerar outro número, afinal um booleano é representado como um número então ele sabe o que fazer.
Note que Python exige que você faça isso explicitamente, afinal ela tem tipagem forte, um conceito que as pessoas costumam confundir.
Como curiosidade quando você tem um tipo object
em Python, ele carrega internamente mais um tipo que ele é, então temos 3 camadas de tipo: aquele tipo único que Python usa pra representar tudo, o tipo object
e o tipo do que é mais especificamente esse object
(o nome da classe). O primeiro não é acessível ou importante para quem só usa a linguagem.
O up e downcasting é usado mais em cima dos tipos que são object
. Existe casting de outros tipos, mas é menos comum e em alguns casos na verdade exige conversão, não basta uma reinterpretação. *casting de verdade não converte (às vezes falamos em casting quando converte, mas é só para simplificar). Isso não é muito diferente de outras linguagens, é só questão de entender como o dado é realmente armazenado.
Não quero entrar em tantos detalhes, mas pode pesquisar mais sobre o assunto aqui no site, Eu respondi sobre isso em Como o Python trata as variáveis estáticas e dinâmicas?.
Em Como o Python trata e representa um array internamente? tem mais informações especificamente sobre arrays, inclusive tem trechos de código de Python mostrando como realmente armazena objetos.
Mais detalhes em Linguagens de programação tipadas e não tipadas.
Estruturas de Python
A estrutura real que Python usa deve ser esta (se não mudou quando você estiver lendo aqui tempos depois, já que isso é detalhe interno da linguagem e eles podem mudar quando e como quiserem). Não é algo tão simples, e na verdade tem várias partes, exemplo:
typedef struct _object {
_PyObject_HEAD_EXTRA
Py_ssize_t ob_refcnt;
PyTypeObject *ob_type;
} PyObject;
Note que há um campo para a contagem de referência que é a forma preferencial de mecanismo de coleta de lixo de Python.
Também:
typedef struct {
PyObject ob_base;
Py_ssize_t ob_size; /* Number of items in variable part */
} PyVarObject;
Outra:
typedef struct _typeobject {
PyObject_VAR_HEAD
const char *tp_name; /* For printing, in format "<module>.<name>" */
Py_ssize_t tp_basicsize, tp_itemsize; /* For allocation */
/* Methods to implement standard operations */
destructor tp_dealloc;
Py_ssize_t tp_vectorcall_offset;
getattrfunc tp_getattr;
setattrfunc tp_setattr;
PyAsyncMethods *tp_as_async; /* formerly known as tp_compare (Python 2)
or tp_reserved (Python 3) */
reprfunc tp_repr;
/* Method suites for standard classes */
PyNumberMethods *tp_as_number;
PySequenceMethods *tp_as_sequence;
PyMappingMethods *tp_as_mapping;
/* More standard operations (here for binary compatibility) */
hashfunc tp_hash;
ternaryfunc tp_call;
reprfunc tp_str;
getattrofunc tp_getattro;
setattrofunc tp_setattro;
/* Functions to access object as input/output buffer */
PyBufferProcs *tp_as_buffer;
/* Flags to define presence of optional/expanded features */
unsigned long tp_flags;
const char *tp_doc; /* Documentation string */
/* call function for all accessible objects */
traverseproc tp_traverse;
/* delete references to contained objects */
inquiry tp_clear;
/* rich comparisons */
richcmpfunc tp_richcompare;
/* weak reference enabler */
Py_ssize_t tp_weaklistoffset;
/* Iterators */
getiterfunc tp_iter;
iternextfunc tp_iternext;
/* Attribute descriptor and subclassing stuff */
struct PyMethodDef *tp_methods;
struct PyMemberDef *tp_members;
struct PyGetSetDef *tp_getset;
struct _typeobject *tp_base;
PyObject *tp_dict;
descrgetfunc tp_descr_get;
descrsetfunc tp_descr_set;
Py_ssize_t tp_dictoffset;
initproc tp_init;
allocfunc tp_alloc;
newfunc tp_new;
freefunc tp_free; /* Low-level free-memory routine */
inquiry tp_is_gc; /* For PyObject_IS_GC */
PyObject *tp_bases;
PyObject *tp_mro; /* method resolution order */
PyObject *tp_cache;
PyObject *tp_subclasses;
PyObject *tp_weaklist;
destructor tp_del;
/* Type attribute cache version tag. Added in version 2.6 */
unsigned int tp_version_tag;
destructor tp_finalize;
} PyTypeObject;
Mais um usada em certos casos:
typedef struct {
PyObject_HEAD
Py_ssize_t length; /* Length of raw Unicode data in buffer */
Py_UNICODE *str; /* Raw Unicode buffer */
long hash; /* Hash value; -1 if not set */
int state; /* != 0 if interned. In this case the two
* references from the dictionary to this object
* are *not* counted in ob_refcnt. */
PyObject *defenc; /* (Default) Encoded version as Python
string, or NULL; this is used for
implementing the buffer protocol */
} PyUnicodeObject;
Coloquei no GitHub para referência futura.
Tem outras, pode ver no código fonte do runtime da linguagem.
Fontes: