<?xml version="1.0" encoding="utf-8" standalone="yes"?><rss version="2.0" xmlns:atom="http://www.w3.org/2005/Atom" xmlns:content="http://purl.org/rss/1.0/modules/content/" xmlns:dc="http://purl.org/dc/elements/1.1/"><channel><title>Range on Opensource internals</title><link>https://articles.9j.nz/tags/range/</link><description>Posts filed under Range on Opensource internals.</description><generator>Hugo</generator><language>en-US</language><managingEditor>Jay Hubbert</managingEditor><lastBuildDate>Tue, 20 Oct 2026 09:00:00 +0000</lastBuildDate><atom:link href="https://articles.9j.nz/tags/range/index.xml" rel="self" type="application/rss+xml"/><item><title>CPython's range Implementation in C: Lazy Sequences That Never Materialize</title><link>https://articles.9j.nz/posts/how-cpython-range-is-implemented/</link><pubDate>Tue, 20 Oct 2026 09:00:00 +0000</pubDate><dc:creator>Jay Hubbert</dc:creator><guid isPermaLink="true">https://articles.9j.nz/posts/how-cpython-range-is-implemented/</guid><category>python</category><category>cpython</category><category>internals</category><category>range</category><description>range stores only start, stop, step and a cached length. Here's how CPython implements it in C: O(1) len, computed indexing, O(1) __contains__ for ints, and a two-tier iteration strategy.</description><content:encoded>&lt;blockquote&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;strong&gt;TL;DR:&lt;/strong&gt; &lt;code&gt;range&lt;/code&gt; isn&amp;rsquo;t a list of integers. It&amp;rsquo;s four &lt;code&gt;PyObject *&lt;/code&gt; fields — &lt;code&gt;start&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;stop&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;step&lt;/code&gt;, and a cached &lt;code&gt;length&lt;/code&gt; — and every value is computed on demand. &lt;code&gt;len()&lt;/code&gt; is O(1), indexing is arithmetic, and &lt;code&gt;x in range(...)&lt;/code&gt; is O(1) when &lt;code&gt;x&lt;/code&gt; is an &lt;code&gt;int&lt;/code&gt;.&lt;/p&gt;&#10;&lt;/blockquote&gt;&#10;&lt;p&gt;Python&amp;rsquo;s &lt;code&gt;range&lt;/code&gt; is not a list of integers. It&amp;rsquo;s a tiny immutable object that remembers only its &lt;code&gt;start&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;stop&lt;/code&gt;, and &lt;code&gt;step&lt;/code&gt;, then computes everything else on demand. &lt;code&gt;range(0, 10**18)&lt;/code&gt; takes exactly the same memory as &lt;code&gt;range(3)&lt;/code&gt;.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;In CPython that&amp;rsquo;s &lt;code&gt;rangeobject&lt;/code&gt; in &lt;code&gt;Objects/rangeobject.c&lt;/code&gt;, with a cached &lt;code&gt;length&lt;/code&gt; and two iterator types. Let&amp;rsquo;s walk the representation and the hot paths through the 3.15 source.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="the-object-struct"&gt;The object struct&lt;/h2&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;// Objects/rangeobject.c&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;typedef&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;struct&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject_HEAD&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;stop&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;length&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;rangeobject&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;Four &lt;code&gt;PyObject *&lt;/code&gt; fields, all owned references. &lt;code&gt;start&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;stop&lt;/code&gt;, and &lt;code&gt;step&lt;/code&gt; are the user-supplied bounds, normalized to &lt;code&gt;PyLong&lt;/code&gt; objects via &lt;code&gt;PyNumber_Index&lt;/code&gt; in &lt;code&gt;range_from_array&lt;/code&gt;. &lt;code&gt;length&lt;/code&gt; is the precomputed number of items, also a &lt;code&gt;PyLong&lt;/code&gt;.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;There&amp;rsquo;s no array of integers anywhere. The sequence is fully &lt;em&gt;lazy&lt;/em&gt;.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;rangeobject&lt;/code&gt; is a fixed-size &lt;code&gt;PyObject&lt;/code&gt; (&lt;code&gt;sizeof(rangeobject)&lt;/code&gt;), so its allocation cost is constant no matter how many values the range would yield. Deallocation just decrements the four fields and returns the object to a small freelist (&lt;code&gt;Py_ranges_MAXFREELIST == 6&lt;/code&gt;):&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;// Objects/rangeobject.c&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;static&lt;/span&gt; &lt;span class="kt"&gt;void&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;range_dealloc&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;op&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;rangeobject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;rangeobject&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;op&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="nf"&gt;Py_DECREF&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="nf"&gt;Py_DECREF&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;stop&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="nf"&gt;Py_DECREF&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="nf"&gt;Py_DECREF&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;length&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="nf"&gt;_Py_FREELIST_FREE&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;ranges&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject_Free&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;h2 id="construction-and-the-cached-length"&gt;Construction and the cached length&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;range_new&lt;/code&gt; / &lt;code&gt;range_vectorcall&lt;/code&gt; funnel into &lt;code&gt;range_from_array&lt;/code&gt;, which converts arguments and calls &lt;code&gt;make_range_object&lt;/code&gt;:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;// Objects/rangeobject.c&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;static&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;rangeobject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;make_range_object&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;PyTypeObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;type&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;stop&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;length&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;compute_range_length&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;stop&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;length&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;==&lt;/span&gt; &lt;span class="nb"&gt;NULL&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;return&lt;/span&gt; &lt;span class="nb"&gt;NULL&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;rangeobject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;obj&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;_Py_FREELIST_POP&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;rangeobject&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;ranges&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;obj&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;==&lt;/span&gt; &lt;span class="nb"&gt;NULL&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;obj&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyObject_New&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;rangeobject&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;type&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="p"&gt;...&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;obj&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;obj&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;stop&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;stop&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;obj&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;obj&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;length&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;length&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;return&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;obj&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;compute_range_length&lt;/code&gt; first tries a fast path where all three values fit in a C &lt;code&gt;long&lt;/code&gt; (&lt;code&gt;compute_range_length_long&lt;/code&gt;), using the same formula as &lt;code&gt;get_len_of_range&lt;/code&gt;:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;// Objects/rangeobject.c&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;static&lt;/span&gt; &lt;span class="kt"&gt;unsigned&lt;/span&gt; &lt;span class="kt"&gt;long&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;get_len_of_range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="kt"&gt;long&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lo&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="kt"&gt;long&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;hi&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="kt"&gt;long&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="nf"&gt;assert&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;!=&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;0&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;gt;&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;0&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;amp;&amp;amp;&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lo&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;lt;&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;hi&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;return&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1UL&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;+&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;hi&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1UL&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lo&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;/&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;else&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;lt;&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;0&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;amp;&amp;amp;&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lo&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;gt;&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;hi&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;return&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1UL&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;+&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;lo&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1UL&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;hi&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;/&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;0UL&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;else&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;return&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;0UL&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;If any value overflows &lt;code&gt;long&lt;/code&gt; (or the result doesn&amp;rsquo;t fit), it falls back to &lt;code&gt;PyObject&lt;/code&gt; arithmetic: take the positive-step case, compute &lt;code&gt;(hi - lo - 1) // step + 1&lt;/code&gt;, clamping to zero when &lt;code&gt;lo &amp;gt;= hi&lt;/code&gt;.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;The result is stored once in &lt;code&gt;r-&amp;gt;length&lt;/code&gt;, so &lt;code&gt;len(r)&lt;/code&gt; is just:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;// Objects/rangeobject.c&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;static&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;Py_ssize_t&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;range_length&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;op&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;rangeobject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;rangeobject&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;op&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;return&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyLong_AsSsize_t&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;length&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;That&amp;rsquo;s why &lt;code&gt;len(range(...))&lt;/code&gt; is O(1) — and why a range whose length exceeds &lt;code&gt;PY_SSIZE_T_MAX&lt;/code&gt; (possible on Win64 with huge ints) still works through the &lt;code&gt;length&lt;/code&gt; field even though &lt;code&gt;sq_length&lt;/code&gt; can&amp;rsquo;t represent it.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="indexing-computing-not-looking-up"&gt;Indexing: computing, not looking up&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;range_item&lt;/code&gt; / &lt;code&gt;range_subscript&lt;/code&gt; never touch a buffer. For an integer index, &lt;code&gt;compute_range_item&lt;/code&gt; normalizes negative indices against &lt;code&gt;length&lt;/code&gt;, bounds-checks, then computes the value:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;// Objects/rangeobject.c&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;static&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;compute_item&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;rangeobject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="cm"&gt;/* PyLong equivalent to: return r-&amp;gt;start + (i * r-&amp;gt;step) */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;==&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;_PyLong_GetOne&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;())&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;return&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyNumber_Add&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;else&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;incr&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyNumber_Multiply&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;!&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;incr&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;return&lt;/span&gt; &lt;span class="nb"&gt;NULL&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;result&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyNumber_Add&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;incr&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="nf"&gt;Py_DECREF&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;incr&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;return&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;result&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;Notice the fast path when &lt;code&gt;step == 1&lt;/code&gt;: it skips the multiply entirely. Negative indices are handled by adding &lt;code&gt;length&lt;/code&gt; to the index first, exactly like standard sequence semantics. Out-of-range indices raise &lt;code&gt;IndexError&lt;/code&gt;.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;Slicing returns a &lt;em&gt;new&lt;/em&gt; &lt;code&gt;range&lt;/code&gt;, not a list. &lt;code&gt;compute_slice&lt;/code&gt; uses &lt;code&gt;_PySlice_GetLongIndices&lt;/code&gt; against &lt;code&gt;r-&amp;gt;length&lt;/code&gt;, then builds &lt;code&gt;substart = compute_item(r, start)&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;substop = compute_item(r, stop)&lt;/code&gt; and &lt;code&gt;substep = r-&amp;gt;step * step&lt;/code&gt;, and constructs a new range via &lt;code&gt;make_range_object&lt;/code&gt;. So &lt;code&gt;range(10)[2:8:2]&lt;/code&gt; is &lt;code&gt;range(2, 8, 4)&lt;/code&gt; and costs O(1).&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="__contains__-is-o1"&gt;&lt;code&gt;__contains__&lt;/code&gt; is O(1)&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;For an exact &lt;code&gt;int&lt;/code&gt; (or &lt;code&gt;bool&lt;/code&gt;), &lt;code&gt;range_contains&lt;/code&gt; dispatches to &lt;code&gt;range_contains_long&lt;/code&gt;, which avoids iteration entirely:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;// Objects/rangeobject.c&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;static&lt;/span&gt; &lt;span class="kt"&gt;int&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;range_contains_long&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;rangeobject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;ob&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="cm"&gt;/* Check if the value can possibly be in the range. */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;cmp1&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyObject_RichCompareBool&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;zero&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;Py_GT&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;cmp1&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;==&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt; &lt;span class="cm"&gt;/* positive steps: start &amp;lt;= ob &amp;lt; stop */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;cmp2&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyObject_RichCompareBool&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;ob&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;Py_LE&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;cmp3&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyObject_RichCompareBool&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;ob&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;stop&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;Py_LT&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;else&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt; &lt;span class="cm"&gt;/* negative steps: stop &amp;lt; ob &amp;lt;= start */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;cmp2&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyObject_RichCompareBool&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;ob&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;Py_LE&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;cmp3&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyObject_RichCompareBool&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;stop&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;ob&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;Py_LT&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;cmp2&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;==&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;0&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;||&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;cmp3&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;==&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;0&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt; &lt;span class="cm"&gt;/* ob outside of range */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;result&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;0&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;goto&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;end&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="cm"&gt;/* Check that the stride does not invalidate membership. */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;tmp1&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyNumber_Subtract&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;ob&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;tmp2&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyNumber_Remainder&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;tmp1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;result&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyObject_RichCompareBool&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;tmp2&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;zero&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;Py_EQ&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="nl"&gt;end&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;:&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="p"&gt;...&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;The algorithm is two steps: bound check (&lt;code&gt;start &amp;lt;= ob &amp;lt; stop&lt;/code&gt; for a positive step, reversed for a negative one), then a divisibility check &lt;code&gt;(ob - start) % step == 0&lt;/code&gt;. Both are O(1) big-int operations.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;strong&gt;Gotcha:&lt;/strong&gt; for any other object type, &lt;code&gt;range_contains&lt;/code&gt; falls back to &lt;code&gt;_PySequence_IterSearch&lt;/code&gt; — a linear scan. So &lt;code&gt;x in range(...)&lt;/code&gt; is only guaranteed O(1) when &lt;code&gt;x&lt;/code&gt; is an &lt;code&gt;int&lt;/code&gt;.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;range_index&lt;/code&gt; reuses the same membership test and then computes the index as &lt;code&gt;(ob - start) // step&lt;/code&gt; (or just &lt;code&gt;ob - start&lt;/code&gt; when step is 1).&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="iteration-two-tiers"&gt;Iteration: two tiers&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;range_iter&lt;/code&gt; picks between a fast C-&lt;code&gt;long&lt;/code&gt; iterator and a generic &lt;code&gt;PyObject&lt;/code&gt;-based one, depending on whether everything fits in a &lt;code&gt;long&lt;/code&gt;:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;// Objects/rangeobject.c&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;static&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;range_iter&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;seq&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;rangeobject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;rangeobject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;seq&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="kt"&gt;long&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lstart&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyLong_AsLong&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;lstart&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;==&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;amp;&amp;amp;&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyErr_Occurred&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;())&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyErr_Clear&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;();&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;goto&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;long_range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="p"&gt;...&lt;/span&gt; &lt;span class="cm"&gt;/* lstop, lstep similarly */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;ulen&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;get_len_of_range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;lstart&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lstop&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lstep&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;ulen&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;gt;&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="kt"&gt;unsigned&lt;/span&gt; &lt;span class="kt"&gt;long&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;LONG_MAX&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;goto&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;long_range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="cm"&gt;/* overflow check for lstart + ulen * lstep */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="p"&gt;...&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;return&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;fast_range_iter&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;lstart&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lstop&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lstep&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="kt"&gt;long&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;ulen&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="nl"&gt;long_range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;:&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;it&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyObject_New&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;longrangeiterobject&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;amp;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;PyLongRangeIter_Type&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;it&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;Py_NewRef&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;it&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;Py_NewRef&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;it&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;len&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;Py_NewRef&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;length&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;return&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;it&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;The fast tier uses &lt;code&gt;_PyRangeIterObject&lt;/code&gt;, whose entire state is three C &lt;code&gt;long&lt;/code&gt;s:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;// Include/internal/pycore_range.h&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;typedef&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;struct&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject_HEAD&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="kt"&gt;long&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="kt"&gt;long&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="kt"&gt;long&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;len&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;_PyRangeIterObject&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;Its &lt;code&gt;tp_iternext&lt;/code&gt; is trivial, and allocation-free beyond the first &lt;code&gt;PyLong_FromLong&lt;/code&gt;:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;// Objects/rangeobject.c&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;static&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;rangeiter_next&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;PyObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;op&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;_PyRangeIterObject&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;_PyRangeIterObject&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;op&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;len&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;gt;&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;0&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="kt"&gt;long&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;result&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;start&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;result&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;+&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;step&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;len&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;--&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;return&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PyLong_FromLong&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;result&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="k"&gt;return&lt;/span&gt; &lt;span class="nb"&gt;NULL&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;The generic tier (&lt;code&gt;longrangeiterobject&lt;/code&gt;) stores &lt;code&gt;PyObject *start/step/len&lt;/code&gt; and does &lt;code&gt;PyNumber_Add&lt;/code&gt; / &lt;code&gt;PyNumber_Subtract&lt;/code&gt; per step, so it handles arbitrary-precision bounds at the cost of per-iteration allocation. Both iterators are recycled through freelists of size 6.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;__reversed__&lt;/code&gt; (&lt;code&gt;range_reverse&lt;/code&gt;) re-expresses the reversed sequence as a new range &lt;code&gt;range(start+(n-1)*step, start-step, -step)&lt;/code&gt; and again prefers the fast C-&lt;code&gt;long&lt;/code&gt; iterator when all values fit.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="memory-efficiency-summary"&gt;Memory efficiency summary&lt;/h2&gt;&#10;&lt;ul&gt;&#10;&lt;li&gt;A &lt;code&gt;range&lt;/code&gt; is &lt;code&gt;sizeof(rangeobject)&lt;/code&gt; (≈ 40 bytes on 64-bit) plus the four referenced &lt;code&gt;PyLong&lt;/code&gt; objects — independent of its length.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;The length is computed once at construction (O(1) for small ints, big-int arithmetic otherwise) and cached.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;Indexing, slicing, containment, and &lt;code&gt;len()&lt;/code&gt; are all O(1) for ints. Only non-int containment and iteration over huge values degrade.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;Iteration has a zero-allocation-per-step fast path for the common case where bounds fit in a C &lt;code&gt;long&lt;/code&gt;.&lt;/li&gt;&#10;&lt;/ul&gt;&#10;&lt;h2 id="key-takeaways"&gt;Key takeaways&lt;/h2&gt;&#10;&lt;ul&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;range&lt;/code&gt; stores only &lt;code&gt;start&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;stop&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;step&lt;/code&gt;, and a cached &lt;code&gt;length&lt;/code&gt;. The sequence is never materialized.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;Membership of an &lt;code&gt;int&lt;/code&gt; is O(1) via a bounds check plus a modulo divisibility test; non-ints fall back to a linear search.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;Indexing computes &lt;code&gt;start + i * step&lt;/code&gt;; slicing produces another &lt;code&gt;range&lt;/code&gt;.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;There are two iterator tiers: a C-&lt;code&gt;long&lt;/code&gt; fast path (&lt;code&gt;_PyRangeIterObject&lt;/code&gt;) and a generic &lt;code&gt;PyObject&lt;/code&gt; path for arbitrary precision.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;Both &lt;code&gt;range&lt;/code&gt; and its iterators are recycled through 6-deep freelists.&lt;/li&gt;&#10;&lt;/ul&gt;&#10;&lt;h2 id="further-reading"&gt;Further reading&lt;/h2&gt;&#10;&lt;ul&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;Objects/rangeobject.c&lt;/code&gt; &amp;ndash; all of the above.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;Include/internal/pycore_range.h&lt;/code&gt; &amp;ndash; &lt;code&gt;_PyRangeIterObject&lt;/code&gt;.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;Include/internal/pycore_freelist_state.h&lt;/code&gt; &amp;ndash; &lt;code&gt;Py_ranges_MAXFREELIST&lt;/code&gt;.&lt;/li&gt;&#10;&lt;/ul&gt;&#10;</content:encoded></item><item><title>PostgreSQL's Multirange Type Implementation in C</title><link>https://articles.9j.nz/posts/how-postgres-implements-multirange-types-in-c/</link><pubDate>Mon, 31 Aug 2026 11:06:16 +0000</pubDate><dc:creator>Jay Hubbert</dc:creator><guid isPermaLink="true">https://articles.9j.nz/posts/how-postgres-implements-multirange-types-in-c/</guid><category>postgres</category><category>internals</category><category>multirange</category><category>range</category><description>A multirange is a 12-byte header, a run of 32-bit length/offset items, a flags array, and the raw range bounds — and all six built-in multirange types share one implementation whose layout is designed to compress well.</description><content:encoded>&lt;p&gt;A multirange is what you get when you let a range type hold &lt;em&gt;more than one&lt;/em&gt;&#10;range: &lt;code&gt;int4multirange&lt;/code&gt; can be &lt;code&gt;{[1,5),[10,20)}&lt;/code&gt;. The surprising thing is how&#10;little C there is to it. All six built-in multirange types —&#10;&lt;code&gt;int4multirange&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;int8multirange&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;nummultirange&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;tsmultirange&lt;/code&gt;,&#10;&lt;code&gt;tstzmultirange&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;datemultirange&lt;/code&gt; — are implemented by one set of functions in&#10;&lt;code&gt;src/backend/utils/adt/multirangetypes.c&lt;/code&gt;. The only thing that varies is the&#10;element type, and even that is not compiled in; it is looked up at runtime.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;This is a walk through the stored layout, based on reading the PostgreSQL&#10;source (version 20devel, commit &lt;code&gt;e75fcc9867f&lt;/code&gt;).&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="the-catalog"&gt;The catalog&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;The six concrete multirange types live in &lt;code&gt;src/include/catalog/pg_type.dat&lt;/code&gt;:&lt;/p&gt;&#10;&lt;table&gt;&#10;&#9;&lt;thead&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;th&gt;oid&lt;/th&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;th&gt;type&lt;/th&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;th&gt;element type&lt;/th&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;th&gt;&lt;code&gt;typalign&lt;/code&gt;&lt;/th&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;th&gt;array oid&lt;/th&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&lt;/thead&gt;&#10;&#9;&lt;tbody&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;4451&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;int4multirange&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;int4&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;i&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;6150&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;4532&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;nummultirange&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;numeric&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;i&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;6151&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;4533&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;tsmultirange&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;timestamp&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;d&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;6152&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;4534&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;tstzmultirange&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;timestamptz&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;d&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;6153&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;4535&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;datemultirange&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;date&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;i&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;6155&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;4536&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;int8multirange&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;int8&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;d&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;6157&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&lt;/tbody&gt;&#10;&lt;/table&gt;&#10;&lt;p&gt;They are all &lt;code&gt;typlen =&amp;gt; -1&lt;/code&gt; (varlena), &lt;code&gt;typbyval =&amp;gt; f&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;typtype =&amp;gt; 'm'&lt;/code&gt;,&#10;&lt;code&gt;typcategory =&amp;gt; 'R'&lt;/code&gt;, and &lt;code&gt;typstorage =&amp;gt; 'x'&lt;/code&gt; (fully toastable). &lt;code&gt;typalign&lt;/code&gt; is&#10;copied from the element type, which is why the integer and date multiranges are&#10;4-byte aligned while the timestamp and bigint ones are 8-byte aligned. The&#10;element mapping is recorded in &lt;code&gt;src/include/catalog/pg_range.dat&lt;/code&gt; as&#10;&lt;code&gt;rngmultitypid&lt;/code&gt;, alongside the range constructor functions&#10;(&lt;code&gt;rngmltconstruct0/1/2&lt;/code&gt;).&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;There is no seventh concrete type. The oid &lt;code&gt;4537&lt;/code&gt; in the neighborhood is&#10;&lt;code&gt;anymultirange&lt;/code&gt;, a &lt;code&gt;typtype =&amp;gt; 'p'&lt;/code&gt; pseudo-type used for polymorphic functions —&#10;not a value you can store.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="the-in-memory-struct"&gt;The in-memory struct&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;MultirangeType&lt;/code&gt; is declared in &lt;code&gt;src/include/utils/multirangetypes.h&lt;/code&gt;:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;typedef&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;struct&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;int32&lt;/span&gt;&#9;&#9;&lt;span class="n"&gt;vl_len_&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#9;&#9;&lt;span class="cm"&gt;/* varlena header (do not touch directly!) */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;Oid&lt;/span&gt;&#9;&#9;&#9;&lt;span class="n"&gt;multirangetypid&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#9;&lt;span class="cm"&gt;/* multirange type&amp;#39;s own OID */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;uint32&lt;/span&gt;&#9;&#9;&lt;span class="n"&gt;rangeCount&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#9;&#9;&lt;span class="cm"&gt;/* the number of ranges */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="cm"&gt;/*&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;&#9; * Following the count are the range objects themselves, as ShortRangeType&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;&#9; * structs. Note that ranges are varlena too, depending on whether they&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;&#9; * have lower/upper bounds and because even their base types can be&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;&#9; * varlena. So we can&amp;#39;t really index into this list.&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;&#9; */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;MultirangeType&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;Twelve bytes. The &amp;ldquo;ShortRangeType structs&amp;rdquo; are not a real struct — they are&#10;just the bound values and a flags byte, appended after the header. Because the&#10;bounds can be variable length, you cannot index into the array directly; you&#10;have to walk it. That constraint shapes the entire format.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="the-stored-format"&gt;The stored format&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;The file&amp;rsquo;s header comment states the layout, and it is worth reading verbatim:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;text&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-text" data-lang="text"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;12 bytes: MultirangeType struct including varlena header, multirange&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; type&amp;#39;s OID and the number of ranges in the multirange.&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;4 * (rangesCount - 1) bytes: 32-bit items pointing to the each range&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; in the multirange starting from the second one.&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;1 * rangesCount bytes : 8-bit flags for each range in the multirange&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;The rest of the multirange are range bound values pointed by multirange items.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;So after the 12-byte header comes an array of &lt;code&gt;(rangeCount - 1)&lt;/code&gt; 32-bit &lt;em&gt;items&lt;/em&gt;&#10;(the first range starts at offset zero and needs no item), then &lt;code&gt;rangeCount&lt;/code&gt;&#10;one-byte flags, then the aligned bound values. The clever part is what goes in&#10;the items:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cp"&gt;#define MULTIRANGE_ITEM_OFF_BIT 0x80000000&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cp"&gt;#define MULTIRANGE_ITEM_GET_OFFLEN(item) ((item) &amp;amp; 0x7FFFFFFF)&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cp"&gt;#define MULTIRANGE_ITEM_HAS_OFF(item) ((item) &amp;amp; MULTIRANGE_ITEM_OFF_BIT)&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cp"&gt;#define MULTIRANGE_ITEM_OFFSET_STRIDE 4&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;Most items store a &lt;em&gt;length&lt;/em&gt;, which makes them small and therefore&#10;compression-friendly. Every fourth item (&lt;code&gt;i % 4 == 0&lt;/code&gt;) instead stores an&#10;&lt;em&gt;absolute offset&lt;/em&gt; with the high bit set. That gives you a cheap &amp;ldquo;jump point&amp;rdquo;&#10;every four ranges while keeping the common case tiny. &lt;code&gt;write_multirange_data()&lt;/code&gt;&#10;shows the encoding:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;items&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;[&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;i&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;]&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;ptr&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;begin&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;((&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;i&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;%&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;MULTIRANGE_ITEM_OFFSET_STRIDE&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;!=&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;0&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;items&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;[&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;i&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;]&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;prev_offset&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#9;&lt;span class="cm"&gt;/* a length */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;else&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;items&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;[&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;i&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;]&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;|=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;MULTIRANGE_ITEM_OFF_BIT&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#9;&lt;span class="cm"&gt;/* an absolute offset */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;prev_offset&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;ptr&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;begin&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;h2 id="canonicalization-sort-and-merge-on-the-way-in"&gt;Canonicalization: sort and merge on the way in&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;make_multirange()&lt;/code&gt; is the single entry point every constructor calls. Its&#10;first act is &lt;code&gt;multirange_canonicalize()&lt;/code&gt;, which sorts the incoming ranges and&#10;merges any that touch:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;range_adjacent_internal&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;rangetyp&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lastRange&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;currentRange&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;))&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;ranges&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;[&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;output_range_count&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;]&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lastRange&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&#9;&lt;span class="nf"&gt;range_union_internal&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;rangetyp&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lastRange&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;currentRange&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="nb"&gt;false&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;The result is canonical: ranges are stored in order, non-overlapping, and never&#10;adjacent. That is why &lt;code&gt;int4multirange(int4range(1,5), int4range(5,10))&lt;/code&gt; and&#10;&lt;code&gt;int4multirange(int4range(1,10))&lt;/code&gt; are the same value — and why equality can be&#10;a straight range-by-range comparison. Note that empty ranges are dropped&#10;entirely; a multirange can never contain an empty range. It just stores zero&#10;ranges and reports &lt;code&gt;MultirangeIsEmpty(mr)&lt;/code&gt; as &lt;code&gt;mr-&amp;gt;rangeCount == 0&lt;/code&gt;.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="reading-a-range-back-out"&gt;Reading a range back out&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;multirange_get_bounds()&lt;/code&gt; is the workhorse. It computes the offset by summing&#10;lengths until it hits an offset item:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;while&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;i&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;gt;&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;0&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;offset&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;+=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;MULTIRANGE_ITEM_GET_OFFLEN&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;items&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;[&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;i&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;]);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;MULTIRANGE_ITEM_HAS_OFF&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;items&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;[&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;i&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;]))&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&#9;&lt;span class="k"&gt;break&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;--&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;Then it walks the bound values using the element type&amp;rsquo;s &lt;code&gt;typlen&lt;/code&gt;/&lt;code&gt;typalign&lt;/code&gt; and&#10;returns a &lt;code&gt;RangeBound&lt;/code&gt; for each side, reading the flags byte to fill in&#10;inclusive/infinite state. &lt;code&gt;multirange_get_range()&lt;/code&gt; is the same walk but with&#10;the bound bytes copied into a freshly allocated &lt;code&gt;RangeType&lt;/code&gt;. The fast path is&#10;deliberately cheaper: it avoids constructing a whole range when only the bounds&#10;are wanted.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;The binary wire format is a different animal. &lt;code&gt;multirange_send()&lt;/code&gt; writes an&#10;&lt;code&gt;int32&lt;/code&gt; range count, then for each range an &lt;code&gt;int32&lt;/code&gt; length followed by that&#10;range&amp;rsquo;s binary encoding; &lt;code&gt;multirange_recv()&lt;/code&gt; mirrors it. It stores neither the&#10;multirange OID nor the compact item array.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="comparison-and-hashing"&gt;Comparison and hashing&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;multirange_cmp()&lt;/code&gt; is the btree comparator. It walks the two multiranges range&#10;by range and compares lower then upper bounds; a shorter multirange is treated&#10;as if padded with empty ranges at the end, so it sorts first:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;i&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;range_count_1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;cmp&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="k"&gt;break&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;multirange_eq_internal()&lt;/code&gt; is a bound-by-bound loop, and equality of the OIDs is&#10;asserted up front. Hashing is &lt;code&gt;hash_multirange()&lt;/code&gt;: each range&amp;rsquo;s flags and bounds&#10;are hashed through the &lt;em&gt;element type&amp;rsquo;s&lt;/em&gt; hash function, then folded together:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;range_hash&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;hash_bytes_uint32&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;((&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;uint32&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;flags&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;range_hash&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;^=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lower_hash&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;range_hash&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;pg_rotate_left32&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;range_hash&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;range_hash&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;^=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;upper_hash&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;result&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;result&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;lt;&amp;lt;&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;5&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;result&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;+&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;range_hash&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;That &lt;code&gt;(result &amp;lt;&amp;lt; 5) - result&lt;/code&gt; trick is the same one &lt;code&gt;hash_array&lt;/code&gt; uses to combine&#10;elements. There is also a &lt;code&gt;hash_multirange_extended()&lt;/code&gt; for 64-bit, seeded&#10;hashing.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="look-at-it-yourself"&gt;Look at it yourself&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;The sizes follow directly from the layout. An empty &lt;code&gt;int4multirange&lt;/code&gt; is just the&#10;12-byte header; adding a range adds one flags byte plus the aligned bounds:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;sql&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-sql" data-lang="sql"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="k"&gt;octet_length&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;{}&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;::&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4multirange&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- 12&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="k"&gt;octet_length&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;{[1,5)}&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;::&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4multirange&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- 24&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="k"&gt;octet_length&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;{[1,5),[10,20)}&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;::&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4multirange&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- 36&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;Canonicalization and &lt;code&gt;unnest&lt;/code&gt; are visible too:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;sql&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-sql" data-lang="sql"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;{[1,5),[5,10)}&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;::&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4multirange&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- {[1,10)}&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="k"&gt;unnest&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;{[1,5),[10,20)}&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;::&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4multirange&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- int4range&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- ----------&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- [1,5)&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- [10,20)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;The &lt;code&gt;multirange&lt;/code&gt; family is supported by &lt;code&gt;btree/multirange_ops&lt;/code&gt;,&#10;&lt;code&gt;hash/multirange_ops&lt;/code&gt;, and &lt;code&gt;gist/multirange_ops&lt;/code&gt; (see &lt;code&gt;pg_amproc.dat&lt;/code&gt;), so you&#10;can put a multirange in an index or a hash join.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="what-it-all-means"&gt;What it all means&lt;/h2&gt;&#10;&lt;ul&gt;&#10;&lt;li&gt;A multirange is a varlena with a 12-byte header, a compact item array, a flags&#10;array, and aligned bound values.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;The items store lengths by default and absolute offsets every fourth entry,&#10;which is what makes the format cheap to compress and cheap to seek into.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;make_multirange()&lt;/code&gt; canonicalizes: sort, drop empties, merge touching ranges.&#10;The stored form is canonical, which is why equality is a simple comparison.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;All six types share one implementation; only the element type, and therefore&#10;the alignment and the element hash/compare functions, differs.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;The wire format is not the storage format — &lt;code&gt;send&lt;/code&gt;/&lt;code&gt;recv&lt;/code&gt; use a flat&#10;length-prefixed list of range encodings.&lt;/li&gt;&#10;&lt;/ul&gt;&#10;&lt;h2 id="further-reading"&gt;Further reading&lt;/h2&gt;&#10;&lt;ul&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;src/backend/utils/adt/multirangetypes.c&lt;/code&gt; — the layout comment,&#10;&lt;code&gt;multirange_canonicalize&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;make_multirange&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;write_multirange_data&lt;/code&gt;,&#10;&lt;code&gt;multirange_get_bounds&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;multirange_cmp&lt;/code&gt;, and &lt;code&gt;hash_multirange&lt;/code&gt;.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;src/include/utils/multirangetypes.h&lt;/code&gt; — the &lt;code&gt;MultirangeType&lt;/code&gt; struct and the&#10;&lt;code&gt;DatumGetMultirangeTypeP&lt;/code&gt; / &lt;code&gt;PG_GETARG_MULTIRANGE_P&lt;/code&gt; macros.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;src/include/utils/rangetypes.h&lt;/code&gt; — the &lt;code&gt;RangeType&lt;/code&gt; layout and the range flags&#10;that the multirange format reuses.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;src/include/catalog/pg_range.dat&lt;/code&gt; — the &lt;code&gt;rngmultitypid&lt;/code&gt; and&#10;&lt;code&gt;rngmltconstruct*&lt;/code&gt; mapping from each range type to its multirange.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;src/include/catalog/pg_amproc.dat&lt;/code&gt; — the btree, hash, and GiST support&#10;functions.&lt;/li&gt;&#10;&lt;/ul&gt;&#10;</content:encoded></item><item><title>PostgreSQL's Range Type Implementation in C</title><link>https://articles.9j.nz/posts/how-postgres-implements-range-types-in-c/</link><pubDate>Thu, 13 Aug 2026 21:37:21 +0000</pubDate><dc:creator>Jay Hubbert</dc:creator><guid isPermaLink="true">https://articles.9j.nz/posts/how-postgres-implements-range-types-in-c/</guid><category>postgres</category><category>internals</category><category>range</category><category>int4range</category><category>daterange</category><description>A range is a varlena whose first four bytes are a length, next four are its own OID, then two inline bounds, and a one-byte flags word at the very end — and the discrete types silently canonicalize their bounds on the way in.</description><content:encoded>&lt;p&gt;A range type is one of PostgreSQL&amp;rsquo;s stranger storage formats. It is a&#10;variable-length value, but its first four bytes are not a payload — they are&#10;the length of the whole thing, then four more bytes holding &lt;em&gt;the range type&amp;rsquo;s&#10;own OID&lt;/em&gt;, then up to two bound values stored inline, and finally a single&#10;flags byte at the very end. There is no length prefix per bound, no padding&#10;before the lower bound, and no separate &amp;ldquo;empty&amp;rdquo; representation. The whole&#10;format is documented in a comment at the top of &lt;code&gt;rangetypes.c&lt;/code&gt;, and it is&#10;worth reading before you ever hex-dump one.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;This is a walk through the layout and the canonicalization, based on reading&#10;the PostgreSQL source (commit &lt;code&gt;e75fcc9867f&lt;/code&gt;).&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="the-catalog-and-the-subtype-table"&gt;The catalog and the subtype table&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;The six built-in range types live in &lt;code&gt;src/include/catalog/pg_type.dat&lt;/code&gt;:&lt;/p&gt;&#10;&lt;table&gt;&#10;&#9;&lt;thead&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;th&gt;oid&lt;/th&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;th&gt;type&lt;/th&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;th&gt;subtype&lt;/th&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;th&gt;&lt;code&gt;typalign&lt;/code&gt;&lt;/th&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;th&gt;array oid&lt;/th&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&lt;/thead&gt;&#10;&#9;&lt;tbody&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;3904&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;int4range&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;int4&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;i&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;3905&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;3906&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;numrange&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;numeric&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;i&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;3907&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;3908&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;tsrange&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;timestamp&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;d&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;3909&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;3910&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;tstzrange&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;timestamptz&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;d&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;3911&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;3912&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;daterange&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;date&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;i&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;3913&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;tr&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;3926&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;int8range&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;int8&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;&lt;code&gt;d&lt;/code&gt;&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;td&gt;3927&lt;/td&gt;&#10;&#9;&#9;&#9;&lt;/tr&gt;&#10;&#9;&lt;/tbody&gt;&#10;&lt;/table&gt;&#10;&lt;p&gt;They are all &lt;code&gt;typlen =&amp;gt; -1&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;typbyval =&amp;gt; f&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;typtype =&amp;gt; 'r'&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;typcategory =&amp;gt; 'R'&lt;/code&gt;, and &lt;code&gt;typstorage =&amp;gt; 'x'&lt;/code&gt;. &lt;code&gt;typalign&lt;/code&gt; is copied from the subtype — that&#10;is why &lt;code&gt;int4range&lt;/code&gt; and &lt;code&gt;numrange&lt;/code&gt; are 4-byte aligned while &lt;code&gt;tsrange&lt;/code&gt; and&#10;&lt;code&gt;int8range&lt;/code&gt; are 8-byte aligned.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;The relationship between a range and its element type is not inferred; it is&#10;recorded in &lt;code&gt;src/include/catalog/pg_range.dat&lt;/code&gt;:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;rngtypid&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&amp;gt;&lt;/span&gt; &lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4range&lt;/span&gt;&lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;rngsubtype&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&amp;gt;&lt;/span&gt; &lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4&lt;/span&gt;&lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;rngmultitypid&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&amp;gt;&lt;/span&gt; &lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4multirange&lt;/span&gt;&lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;rngsubopc&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&amp;gt;&lt;/span&gt; &lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;btree&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;/&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4_ops&lt;/span&gt;&lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;rngconstruct2&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&amp;gt;&lt;/span&gt; &lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;int4range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;rngconstruct3&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&amp;gt;&lt;/span&gt; &lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;int4range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;text&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="p"&gt;...&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt; &lt;span class="n"&gt;rngcanonical&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&amp;gt;&lt;/span&gt; &lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4range_canonical&lt;/span&gt;&lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;rngsubdiff&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&amp;gt;&lt;/span&gt; &lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4range_subdiff&lt;/span&gt;&lt;span class="err"&gt;&amp;#39;&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;},&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;That last pair of fields is the heart of the type. &lt;code&gt;rngcanonical&lt;/code&gt; points at a&#10;per-type canonicalization function, and only three of the six have one:&#10;&lt;code&gt;int4range&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;int8range&lt;/code&gt;, and &lt;code&gt;daterange&lt;/code&gt;. The continuous types — &lt;code&gt;numrange&lt;/code&gt;,&#10;&lt;code&gt;tsrange&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;tstzrange&lt;/code&gt; — have &lt;code&gt;rngcanonical =&amp;gt; '-'&lt;/code&gt;. That single difference&#10;is why &lt;code&gt;int4range(1,5,'(]')&lt;/code&gt; comes back as &lt;code&gt;[2,6)&lt;/code&gt; while&#10;&lt;code&gt;numrange(1,5,'(]')&lt;/code&gt; stays &lt;code&gt;(1,5]&lt;/code&gt;.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;At runtime all of this is cached in a &lt;code&gt;TypeCacheEntry&lt;/code&gt;&#10;(&lt;code&gt;src/include/utils/typcache.h&lt;/code&gt;) with the fields &lt;code&gt;rngelemtype&lt;/code&gt;,&#10;&lt;code&gt;rng_collation&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;rng_cmp_proc_finfo&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;rng_canonical_finfo&lt;/code&gt;, and&#10;&lt;code&gt;rng_subdiff_finfo&lt;/code&gt;. The I/O functions cache theirs in &lt;code&gt;fn_extra&lt;/code&gt; as a&#10;&lt;code&gt;RangeIOData&lt;/code&gt;.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="the-on-disk-struct"&gt;The on-disk struct&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;RangeType&lt;/code&gt; is declared in &lt;code&gt;src/include/utils/rangetypes.h&lt;/code&gt;:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;typedef&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;struct&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;int32&lt;/span&gt;&#9;&#9;&lt;span class="n"&gt;vl_len_&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#9;&#9;&lt;span class="cm"&gt;/* varlena header (do not touch directly!) */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;Oid&lt;/span&gt;&#9;&#9;&#9;&lt;span class="n"&gt;rangetypid&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#9;&#9;&lt;span class="cm"&gt;/* range type&amp;#39;s own OID */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="cm"&gt;/* Following the OID are zero to two bound values, then a flags byte */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;RangeType&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;Eight bytes. The bounds are not named fields — they are variable-length&#10;trailing data whose position is computed from the flags. The flags byte is&#10;the last byte of the object:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cp"&gt;#define RANGE_EMPTY&#9;&#9;&#9;0x01&#9;&lt;/span&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* range is empty */&lt;/span&gt;&lt;span class="cp"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cp"&gt;#define RANGE_LB_INC&#9;&#9;0x02&#9;&lt;/span&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* lower bound is inclusive */&lt;/span&gt;&lt;span class="cp"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cp"&gt;#define RANGE_UB_INC&#9;&#9;0x04&#9;&lt;/span&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* upper bound is inclusive */&lt;/span&gt;&lt;span class="cp"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cp"&gt;#define RANGE_LB_INF&#9;&#9;0x08&#9;&lt;/span&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* lower bound is -infinity */&lt;/span&gt;&lt;span class="cp"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cp"&gt;#define RANGE_UB_INF&#9;&#9;0x10&#9;&lt;/span&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* upper bound is +infinity */&lt;/span&gt;&lt;span class="cp"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cp"&gt;#define RANGE_LB_NULL&#9;&#9;0x20&#9;&lt;/span&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* lower bound is null (NOT USED) */&lt;/span&gt;&lt;span class="cp"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cp"&gt;#define RANGE_UB_NULL&#9;&#9;0x40&#9;&lt;/span&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* upper bound is null (NOT USED) */&lt;/span&gt;&lt;span class="cp"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cp"&gt;#define RANGE_CONTAIN_EMPTY 0x80&#9;&lt;/span&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* marks a GiST internal-page entry whose&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9; * subtree contains some empty ranges */&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;The two &lt;code&gt;RANGE_*_NULL&lt;/code&gt; bits are defined but never used; a NULL bound is&#10;instead represented as an infinity, which is why &lt;code&gt;int4range(NULL,5)&lt;/code&gt; and&#10;&lt;code&gt;'(,5]'::int4range&lt;/code&gt; are the same value. &lt;code&gt;RANGE_CONTAIN_EMPTY&lt;/code&gt; is a GiST-only&#10;optimization bit, not part of a user value.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="serialization-bounds-inline-flags-last"&gt;Serialization: bounds inline, flags last&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;range_serialize()&lt;/code&gt; is the function that turns two &lt;code&gt;RangeBound&lt;/code&gt; structs into&#10;bytes. It first validates, then measures, then writes. The header comment on&#10;the file states the layout and the alignment trick:&lt;/p&gt;&#10;&lt;blockquote&gt;&#10;&lt;p&gt;4 bytes: varlena header&#10;4 bytes: range type&amp;rsquo;s OID&#10;Lower boundary value, if any, aligned according to subtype&amp;rsquo;s typalign&#10;Upper boundary value, if any, aligned according to subtype&amp;rsquo;s typalign&#10;1 byte for flags&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;This representation is chosen to avoid needing any padding before the&#10;lower boundary value, even when it requires double alignment. We can&#10;expect that the varlena header is presented to us on a suitably aligned&#10;boundary (possibly after detoasting), and then the lower boundary is too.&lt;/p&gt;&#10;&lt;/blockquote&gt;&#10;&lt;p&gt;The code asserts exactly that — &lt;code&gt;sizeof(RangeType)&lt;/code&gt; is 8 and&#10;&lt;code&gt;MAXALIGN(sizeof(RangeType))&lt;/code&gt; is 8:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* Count space for varlena header and range type&amp;#39;s OID */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;msize&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;sizeof&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;RangeType&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="nf"&gt;Assert&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;msize&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;==&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;MAXALIGN&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;msize&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;));&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* Count space for bounds */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;RANGE_HAS_LBOUND&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;flags&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;))&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;typlen&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;==&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&#9;&lt;span class="n"&gt;lower&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;val&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;PointerGetDatum&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;PG_DETOAST_DATUM_PACKED&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;lower&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;val&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;));&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;msize&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;datum_compute_size&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;msize&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lower&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;val&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;typbyval&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;typalign&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9;&#9; &lt;span class="n"&gt;typlen&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;typstorage&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;...&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* Add space for flag byte */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;msize&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;+=&lt;/span&gt; &lt;span class="k"&gt;sizeof&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="kt"&gt;char&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* Note: zero-fill is required here, just as in heap tuples */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;range&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;RangeType&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;palloc0&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;msize&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="nf"&gt;SET_VARSIZE&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;msize&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;range&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;rangetypid&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;typcache&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;type_id&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;ptr&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="kt"&gt;char&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;range&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;+&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;...&lt;/span&gt; &lt;span class="cm"&gt;/* write lower, then upper */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;((&lt;/span&gt;&lt;span class="kt"&gt;char&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;ptr&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;flags&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;datum_compute_size()&lt;/code&gt; and &lt;code&gt;datum_write()&lt;/code&gt; are deliberately modeled on&#10;&lt;code&gt;heap_compute_data_size()&lt;/code&gt; and &lt;code&gt;heap_fill_tuple()&lt;/code&gt; from &lt;code&gt;heaptuple.c&lt;/code&gt;, and&#10;they implement the same alignment and short-varlena rules. Two details are&#10;worth pulling out:&lt;/p&gt;&#10;&lt;ul&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;strong&gt;A range can never contain a TOAST pointer.&lt;/strong&gt; &lt;code&gt;datum_write()&lt;/code&gt; throws&#10;&lt;code&gt;cannot store a toast pointer inside a range&lt;/code&gt; if it sees&#10;&lt;code&gt;VARATT_IS_EXTERNAL&lt;/code&gt;. The caller detoasts first, so compression is applied&#10;to the whole range object rather than to individual bounds.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;strong&gt;Short varlenas are packed.&lt;/strong&gt; If the subtype is packable&#10;(&lt;code&gt;TYPE_IS_PACKABLE(typlen, typstorage)&lt;/code&gt;) and the bound fits, the bound is&#10;written with a 1-byte header and no alignment padding, exactly as a &lt;code&gt;text&lt;/code&gt;&#10;column would be. &lt;code&gt;numeric&lt;/code&gt;&amp;rsquo;s &lt;code&gt;typstorage&lt;/code&gt; is &lt;code&gt;'m'&lt;/code&gt;, so &lt;code&gt;numrange&lt;/code&gt; bounds&#10;qualify.&lt;/li&gt;&#10;&lt;/ul&gt;&#10;&lt;h2 id="deserialization-flags-first-then-bounds"&gt;Deserialization: flags first, then bounds&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;range_deserialize()&lt;/code&gt; is the mirror image. It reads the flags byte from the&#10;&lt;em&gt;last&lt;/em&gt; byte, because that is cheaper than trying to know the bounds&amp;rsquo; size&#10;first:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* fetch the flag byte from datum&amp;#39;s last byte */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;flags&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;((&lt;/span&gt;&lt;span class="k"&gt;const&lt;/span&gt; &lt;span class="kt"&gt;char&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;range&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;+&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;VARSIZE&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* initialize data pointer just after the range OID */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;ptr&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="k"&gt;const&lt;/span&gt; &lt;span class="kt"&gt;char&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;range&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;+&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* fetch lower bound, if any */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;RANGE_HAS_LBOUND&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;flags&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;))&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;lbound&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;fetch_att&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;ptr&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;typbyval&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;typlen&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;ptr&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;att_addlength_pointer&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;ptr&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;typlen&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;ptr&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="cm"&gt;/* fetch upper bound, if any */&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;RANGE_HAS_UBOUND&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;flags&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;))&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;ptr&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="kt"&gt;char&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;att_align_pointer&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;ptr&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;typalign&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;typlen&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;ptr&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;ubound&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;fetch_att&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;ptr&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;typbyval&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;typlen&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;For by-reference element types the &lt;code&gt;Datum&lt;/code&gt;s returned are pointers &lt;em&gt;into&lt;/em&gt; the&#10;range object — the header warns about this explicitly. &lt;code&gt;range_get_flags()&lt;/code&gt;&#10;is a one-liner used by the GiST code that only needs the flags.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="input-output-and-canonicalization"&gt;Input, output, and canonicalization&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;Text input goes through &lt;code&gt;range_parse()&lt;/code&gt; and &lt;code&gt;range_parse_bound()&lt;/code&gt;. It accepts&#10;the literal &lt;code&gt;empty&lt;/code&gt; (case-insensitive), &lt;code&gt;[&lt;/code&gt; / &lt;code&gt;(&lt;/code&gt; for the lower bound, &lt;code&gt;]&lt;/code&gt; /&#10;&lt;code&gt;)&lt;/code&gt; for the upper, and per-bound quoting and backslash escaping. An empty&#10;bound string becomes an infinity; a quoted empty string is the literal empty&#10;value. Output is the inverse in &lt;code&gt;range_deparse()&lt;/code&gt; / &lt;code&gt;range_bound_escape()&lt;/code&gt;.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;&lt;code&gt;range_in()&lt;/code&gt; then hands each bound string to the &lt;em&gt;subtype&amp;rsquo;s&lt;/em&gt; input function&#10;via &lt;code&gt;InputFunctionCallSafe&lt;/code&gt;, builds two &lt;code&gt;RangeBound&lt;/code&gt;s, and calls&#10;&lt;code&gt;make_range()&lt;/code&gt;. &lt;code&gt;make_range()&lt;/code&gt; is the public entry point: it calls&#10;&lt;code&gt;range_serialize()&lt;/code&gt; and then, if the type has a canonicalization function,&#10;invokes it:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="n"&gt;range&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;range_serialize&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;typcache&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lower&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;upper&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;empty&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;escontext&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;...&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;OidIsValid&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;typcache&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;rng_canonical_finfo&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;.&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;fn_oid&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;amp;&amp;amp;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="o"&gt;!&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;RangeIsEmpty&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;))&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="p"&gt;...&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;result&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;FunctionCallInvoke&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;fcinfo&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="p"&gt;...&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;range&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;DatumGetRangeTypeP&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;result&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;For the discrete types the canonical function shifts an exclusive bound to&#10;the adjacent inclusive integer. &lt;code&gt;int4range_canonical()&lt;/code&gt;:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;!&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;lower&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;.&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;infinite&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;amp;&amp;amp;&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;!&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;lower&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;.&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;inclusive&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;int32&lt;/span&gt;&#9;&#9;&lt;span class="n"&gt;bnd&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;DatumGetInt32&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;lower&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;.&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;val&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;unlikely&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;bnd&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;==&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;PG_INT32_MAX&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;))&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&#9;&lt;span class="nf"&gt;ereturn&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;escontext&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;Datum&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;0&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;errcode&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;ERRCODE_NUMERIC_VALUE_OUT_OF_RANGE&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;),&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&#9;&#9;&#9; &lt;span class="nf"&gt;errmsg&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="s"&gt;&amp;#34;integer out of range&amp;#34;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)));&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;lower&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;.&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;val&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;Int32GetDatum&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;bnd&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;+&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;lower&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;.&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;inclusive&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nb"&gt;true&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;!&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;upper&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;.&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;infinite&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;&amp;amp;&amp;amp;&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;upper&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;.&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;inclusive&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;int32&lt;/span&gt;&#9;&#9;&lt;span class="n"&gt;bnd&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;DatumGetInt32&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;upper&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;.&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;val&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;unlikely&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;bnd&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;==&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;PG_INT32_MAX&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;))&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&#9;&lt;span class="nf"&gt;ereturn&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;escontext&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;Datum&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;0&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&#9;&#9;&#9;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;errcode&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;ERRCODE_NUMERIC_VALUE_OUT_OF_RANGE&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;),&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&#9;&#9;&#9; &lt;span class="nf"&gt;errmsg&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="s"&gt;&amp;#34;integer out of range&amp;#34;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)));&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;upper&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;.&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;val&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;Int32GetDatum&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;bnd&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;+&lt;/span&gt; &lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;upper&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;.&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;inclusive&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nb"&gt;false&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;So &lt;code&gt;[1,5]&lt;/code&gt; becomes &lt;code&gt;[1,6)&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;(1,5)&lt;/code&gt; becomes &lt;code&gt;[2,5)&lt;/code&gt;, and &lt;code&gt;(1,5)&lt;/code&gt;&amp;rsquo;s&#10;left-neighbour &lt;code&gt;int4range(1,5,'(]')&lt;/code&gt; becomes &lt;code&gt;[2,6)&lt;/code&gt;. &lt;code&gt;daterange_canonical()&lt;/code&gt;&#10;does the same with a &lt;code&gt;DateADT&lt;/code&gt; increment and a validity check. The continuous&#10;types have no such function, which is exactly why their bounds are not&#10;rewritten.&lt;/p&gt;&#10;&lt;p&gt;Comparison is &lt;code&gt;range_cmp_bounds()&lt;/code&gt;. It handles infinities without calling the&#10;subtype&amp;rsquo;s comparison function, and when two finite bounds compare equal it&#10;refines the answer using the inclusive/exclusive flags. &lt;code&gt;range_compare()&lt;/code&gt; is&#10;the qsort comparator used for sorting range values.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="the-binary-format-is-a-different-animal"&gt;The binary format is a different animal&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;The text and storage layouts above are for &lt;code&gt;range_send()&lt;/code&gt; and the heap. The&#10;wire format used by &lt;code&gt;range_send()&lt;/code&gt; / &lt;code&gt;range_recv()&lt;/code&gt; is simpler and does &lt;em&gt;not&lt;/em&gt;&#10;store the range OID or the bounds inline: it writes the flags byte first, then&#10;each bound as a 4-byte length followed by the subtype&amp;rsquo;s binary encoding:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;c&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-c" data-lang="c"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="nf"&gt;pq_sendbyte&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;&amp;amp;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;buf&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;flags&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;if&lt;/span&gt; &lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="nf"&gt;RANGE_HAS_LBOUND&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;flags&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;))&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;{&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;bytea&lt;/span&gt;&#9; &lt;span class="o"&gt;*&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;bound&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;SendFunctionCall&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;&amp;amp;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;cache&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;-&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;typioproc&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;lower&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;.&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;val&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="n"&gt;uint32&lt;/span&gt;&#9;&#9;&lt;span class="n"&gt;bound_len&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;=&lt;/span&gt; &lt;span class="nf"&gt;VARSIZE&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;bound&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;)&lt;/span&gt; &lt;span class="o"&gt;-&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;VARHDRSZ&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;;&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="nf"&gt;pq_sendint32&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;&amp;amp;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;buf&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;bound_len&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&#9;&lt;span class="nf"&gt;pq_sendbytes&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="o"&gt;&amp;amp;&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;buf&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;bound_data&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt; &lt;span class="n"&gt;bound_len&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="p"&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;This is the same convention used by &lt;code&gt;record&lt;/code&gt; types. Note also the defensive&#10;mask in &lt;code&gt;range_recv()&lt;/code&gt; that strips the unused &lt;code&gt;RANGE_*_NULL&lt;/code&gt; bits before&#10;decoding.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="statistics-a-histogram-of-bounds"&gt;Statistics: a histogram of bounds&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;Because a range has two bounds, &lt;code&gt;ANALYZE&lt;/code&gt; cannot use the ordinary scalar&#10;histogram. &lt;code&gt;range_typanalyze()&lt;/code&gt; (in &lt;code&gt;src/backend/utils/adt/rangetypes_typanalyze.c&lt;/code&gt;)&#10;builds a combined histogram whose entries are ranges formed from the sorted&#10;lower bounds and the sorted upper bounds, plus a separate empty-range&#10;fraction. The selectivity code in &lt;code&gt;rangetypes_selfuncs.c&lt;/code&gt; reads that empty&#10;fraction first and merges it with the histogram estimate; for operators like&#10;&lt;code&gt;@&amp;gt;&lt;/code&gt; it knows an empty range is contained by everything, while for &lt;code&gt;&amp;lt;&lt;/code&gt; it&#10;matches nothing.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="look-at-it-yourself"&gt;Look at it yourself&lt;/h2&gt;&#10;&lt;p&gt;The sizes are observable with &lt;code&gt;pg_column_size&lt;/code&gt;, which works on any type&#10;(&lt;code&gt;octet_length&lt;/code&gt; accepts only string types), and they reveal the layout. For a&#10;17-byte &lt;code&gt;int4range&lt;/code&gt; the flags byte is the last byte:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;sql&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-sql" data-lang="sql"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;pg_column_size&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;5&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;));&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- 17&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;pg_column_size&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int8range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;5&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;));&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- 25&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;pg_column_size&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;daterange&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;2020-01-01&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;2020-12-31&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;));&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- 17&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;pg_column_size&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;tsrange&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;2020-01-01&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;2020-12-31&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;));&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- 25&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;pg_column_size&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;empty&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;::&lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- 9&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;That is &lt;code&gt;sizeof(RangeType)&lt;/code&gt; (8) + the two bounds + one flags byte. Canonicalization&#10;is visible directly:&lt;/p&gt;&#10;&lt;div class="code-block"&gt;&#10; &lt;div class="code-block-head"&gt;&#10; &lt;span class="code-lang"&gt;sql&lt;/span&gt;&#10; &lt;button class="code-copy" type="button" data-copy&gt;Copy&lt;/button&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10; &lt;div class="code-block-body"&gt;&#10; &lt;div class="highlight"&gt;&lt;pre tabindex="0" class="chroma"&gt;&lt;code class="language-sql" data-lang="sql"&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;5&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;(]&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- [2,6)&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;int4range&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;5&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;[]&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- [1,6)&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;numrange&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="mi"&gt;5&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;(]&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- (1,5] -- no canonicalization&#10;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span class="line"&gt;&lt;span class="cl"&gt;&lt;span class="k"&gt;SELECT&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="n"&gt;daterange&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;2020-01-01&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;2020-12-31&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span class="s1"&gt;&amp;#39;[]&amp;#39;&lt;/span&gt;&lt;span class="p"&gt;);&lt;/span&gt;&lt;span class="w"&gt; &lt;/span&gt;&lt;span class="c1"&gt;-- [2020-01-01,2021-01-01)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/code&gt;&lt;/pre&gt;&lt;/div&gt;&#10; &lt;/div&gt;&#10;&lt;/div&gt;&#10;&lt;p&gt;The empty range is not &lt;code&gt;NULL&lt;/code&gt; and not a zero-length value; it is a real&#10;9-byte object whose flags byte has &lt;code&gt;RANGE_EMPTY&lt;/code&gt; set and whose two bounds are&#10;absent.&lt;/p&gt;&#10;&lt;h2 id="what-it-all-means"&gt;What it all means&lt;/h2&gt;&#10;&lt;ul&gt;&#10;&lt;li&gt;A range is a &lt;code&gt;varlena&lt;/code&gt;: 4-byte length, 4-byte type OID, up to two inline&#10;bounds, one trailing flags byte.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;The bounds are stored using the subtype&amp;rsquo;s &lt;code&gt;typalign&lt;/code&gt; and the same&#10;short-varlena rules as heap columns; a range can never hold a TOAST pointer.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;The flags byte is read from the &lt;em&gt;last&lt;/em&gt; byte, which is why the format puts&#10;it last and why there is no per-bound length.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;Discrete types (&lt;code&gt;int4&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;int8&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;date&lt;/code&gt;) canonicalize exclusive bounds to&#10;adjacent integers; the continuous types do not. That one catalog field,&#10;&lt;code&gt;rngcanonical&lt;/code&gt;, is the whole difference.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;Comparison refines equal finite bounds by their inclusive/exclusive flags.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;ANALYZE&lt;/code&gt; builds a bounds histogram plus an empty fraction, and the&#10;selectivity functions special-case empty ranges.&lt;/li&gt;&#10;&lt;/ul&gt;&#10;&lt;h2 id="further-reading"&gt;Further reading&lt;/h2&gt;&#10;&lt;ul&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;src/backend/utils/adt/rangetypes.c&lt;/code&gt; — the layout comment, &lt;code&gt;range_serialize&lt;/code&gt;,&#10;&lt;code&gt;range_deserialize&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;range_in&lt;/code&gt;, &lt;code&gt;range_cmp_bounds&lt;/code&gt;, and the canonical&#10;functions.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;src/include/utils/rangetypes.h&lt;/code&gt; — the &lt;code&gt;RangeType&lt;/code&gt; struct, the flags, and the&#10;prototypes.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;src/include/catalog/pg_range.dat&lt;/code&gt; — the subtype, canonicalization, and&#10;subdiff mapping for each range type.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;src/backend/utils/adt/rangetypes_typanalyze.c&lt;/code&gt; — the bounds histogram and&#10;empty-fraction statistics.&lt;/li&gt;&#10;&lt;li&gt;&lt;code&gt;src/backend/utils/adt/rangetypes_selfuncs.c&lt;/code&gt; — range selectivity estimation.&lt;/li&gt;&#10;&lt;/ul&gt;&#10;</content:encoded></item></channel></rss>