Python C-API 对象分配

Question

我想使用 new 和 delete 运算符来创建和销毁我的对象。

问题是 python 似乎将其分为几个阶段。 tp_new、tp_init 和 tp_alloc 用于创建，tp_del、tp_free 和 tp_dealloc 用于销毁。 然而，c++只有new和delete，前者分配并完全构造对象，后者破坏并释放对象。

我需要提供哪些 python tp_* 方法以及它们必须做什么？

另外，我希望能够直接在 C++ 中创建对象，例如“PyObject *obj = new MyExtensionObject(args);” 我是否还需要以某种方式重载 new 运算符来支持这一点？

我还希望能够在 python 中对我的扩展类型进行子类化，我需要做什么特殊的事情来支持这一点吗？

我正在使用 python 3.0.1。

编辑： 好的，tp_init 似乎使对象对于我正在做的事情来说有点太可变了（例如，采用一个纹理对象，在创建后更改内容很好，但是更改它的基本方面，例如大小，位深度等会破坏很多现有的 C++ 东西假设这些事情是固定的）。 如果我不实现它，它只会阻止人们在构造后调用 __init__ （或者至少忽略该调用，就像元组一样）。 或者如果在同一个对象上多次调用 tp_init ，我应该有一些抛出异常或其他东西的标志吗？

除此之外，我想我已经把剩下的大部分都解决了。

extern "C"
{
    //creation + destruction
    PyObject* global_alloc(PyTypeObject *type, Py_ssize_t items)
    {
        return (PyObject*)new char[type->tp_basicsize + items*type->tp_itemsize];
    }
    void global_free(void *mem)
    {
        delete[] (char*)mem;
    }
}
template<class T> class ExtensionType
{
    PyTypeObject *t;
    ExtensionType()
    {
        t = new PyTypeObject();//not sure on this one, what is the "correct" way to create an empty type object
        memset((void*)t, 0, sizeof(PyTypeObject));
        static PyVarObject init = {PyObject_HEAD_INIT, 0};
        *((PyObject*)t) = init;

        t->tp_basicsize = sizeof(T);
        t->tp_itemsize  = 0;

        t->tp_name = "unknown";

        t->tp_alloc   = (allocfunc) global_alloc;
        t->tp_free    = (freefunc)  global_free;
        t->tp_new     = (newfunc)   T::obj_new;
        t->tp_dealloc = (destructor)T::obj_dealloc;
        ...
    }
    ...bunch of methods for changing stuff...
    PyObject *Finalise()
    {
    ...
    }
};
template <class T> PyObjectExtension : public PyObject
{
...
    extern "C" static PyObject* obj_new(PyTypeObject *subtype, PyObject *args, PyObject *kwds)
    {
        void *mem = (void*)subtype->tp_alloc(subtype, 0);
        return (PyObject*)new(mem) T(args, kwds)
    }
    extern "C" static void obj_dealloc(PyObject *obj)
    {
        ~T();
        obj->ob_type->tp_free(obj);//most of the time this is global_free(obj)
    }
...
};
class MyObject : PyObjectExtension<MyObject>
{
public:
    static PyObject* InitType()
    {
        ExtensionType<MyObject> extType();
        ...sets other stuff...
        return extType.Finalise();
    }
    ...
};

Answer 1

这些文档位于 http://docs.python.org/3.0/c -api/typeobj.html 和
http://docs.python.org/3.0/extending/newtypes.html描述如何制作您自己的类型。

tp_alloc 为实例进行低级内存分配。 这相当于 malloc()，加上将 refcnt 初始化为 1。Python 有自己的分配器 PyType_GenericAlloc，但类型可以实现专门的分配器。

tp_new 与 Python 的 __new__ 相同。 与数据指针相比，它通常用于不可变对象，其中数据存储在实例本身中。 例如，字符串和元组将其数据存储在实例中，而不是使用 char * 或 PyTuple *。

对于这种情况，tp_new 根据输入参数计算出需要多少内存，并调用 tp_alloc 来获取内存，然后初始化必要的字段。 tp_new不需要调用tp_alloc。 例如，它可以返回缓存的对象。

tp_init 与 Python 的 __init__ 相同。 大部分初始化工作应该在此函数中进行。

__new__ 和 __init__ 之间的区别称为两阶段初始化，或

你说“c++ 只是有新的”，但这是不正确的。 tp_alloc 对应于 C++ 中的自定义 arena 分配器，__new__ 对应于自定义类型分配器（工厂函数），而 __init__ 更像是构造函数。 最后一个链接更多地讨论了 C++ 和 Python 风格之间的相似之处。

另请阅读 http://www.python.org/download/releases/2.2/descrintro/ 有关 __new__ 和 __init__ 如何交互的详细信息。

您写道您想要“直接在 C++ 中创建对象”。 这相当困难，因为至少您必须将对象实例化期间发生的任何 Python 异常转换为 C++ 异常。 您可以尝试查看 Boost::Python 以获得有关此任务的一些帮助。 或者您可以使用两阶段初始化。 ;)

Answer 2

我根本不知道Python API，但是如果Python将分配和初始化分开，你应该能够使用placement new。

例如：

 // tp_alloc
 void *buffer = new char[sizeof(MyExtensionObject)];
 // tp_init or tp_new (not sure what the distinction is there)
 new (buffer) MyExtensionObject(args);
 return static_cast<MyExtensionObject*>(buffer);

 ...
 // tp_del
 myExtensionObject->~MyExtensionObject(); // call dtor
 // tp_dealloc (or tp_free? again I don't know the python apis)
 delete [] (static_cast<char*>(static_cast<void*>(myExtensionObject)));