使对象类型支持循环垃圾回收

Python 对循环引用的垃圾检测与回收需要“容器”对象类型的支持,此类型的容器对象中可能包含其它容器对象。不保存其它对象的引用的类型,或者只保存原子类型(如数字或字符串)的引用的类型,不需要显式提供垃圾回收的支持。

若要创建一个容器类,类型对象的 tp_flags 字段必须包含 Py_TPFLAGS_HAVE_GC 并提供一个 tp_traverse 处理的实现。如果该类型的实例是可变的,还需要实现 tp_clear

Py_TPFLAGS_HAVE_GC

设置了此标志位的类型的对象必须符合此处记录的规则。为方便起见,下文把这些对象称为容器对象。

容器类型的构造函数必须符合两个规则:

  1. 必须使用 PyObject_GC_New()PyObject_GC_NewVar() 为这些对象分配内存。

  2. 初始化了所有可能包含其他容器的引用的字段后,它必须调用 PyObject_GC_Track()

TYPE* PyObject_GC_New(TYPE, PyTypeObject *type)

类似于 PyObject_New() ,适用于设置了 Py_TPFLAGS_HAVE_GC 标签的容器对象。

TYPE* PyObject_GC_NewVar(TYPE, PyTypeObject *type, Py_ssize_t size)

类似于 PyObject_NewVar() ,适用于设置了 Py_TPFLAGS_HAVE_GC 标签的容器对象。

TYPE* PyObject_GC_Resize(TYPE, PyVarObject *op, Py_ssize_t newsize)

PyObject_NewVar() 分配的对象重新设置大小,并返回调整大小后的对象。当重分配失败时返回 NULLop 必须没有被垃圾回收器监控。

void PyObject_GC_Track(PyObject *op)

把对象 op 加入到垃圾回收器跟踪的容器对象中。对象在被回收器跟踪时必须保持有效的,因为回收器可能在任何时候开始运行。在 tp_traverse 处理前的所有字段变为有效后,必须调用此函数,通常在靠近构造函数末尾的位置。

同样的,对象的释放器必须符合两个类似的规则:

  1. 在引用其它容器的字段失效前,必须调用 PyObject_GC_UnTrack()

  2. 必须使用 PyObject_GC_Del() 释放对象的内存。

void PyObject_GC_Del(void *op)

释放对象的内存,该对象初始化时由 PyObject_GC_New()PyObject_GC_NewVar() 分配内存。

void PyObject_GC_UnTrack(void *op)

从回收器跟踪的容器对象集合中移除 op 对象。 请注意可以在此对象上再次调用 PyObject_GC_Track() 以将其加回到被跟踪对象集合。 释放器 (tp_dealloc 句柄) 应当在 tp_traverse 句柄所使用的任何字段失效之前为对象调用此函数。

在 3.8 版更改: _PyObject_GC_TRACK()_PyObject_GC_UNTRACK() 宏已从公有 C API 中移除。

tp_traverse 处理接收以下类型的函数形参。

int (*visitproc)(PyObject *object, void *arg)

传给 tp_traverse 处理的访问函数的类型。object 是容器中需要被遍历的一个对象,第三个形参对应于 tp_traverse 处理的 arg 。Python核心使用多个访问者函数实现循环引用的垃圾检测,不需要用户自行实现访问者函数。

tp_traverse 处理必须是以下类型:

int (*traverseproc)(PyObject *self, visitproc visit, void *arg)

用于容器对象的遍历函数。在函数的实现中,必须对 self 容器内直接包含的每个对象调用 visit 函数,容器内的对象作为 visit 的形参,arg 作为参数。不能使用 NULL 对象作为 visit 函数的参数。如果 visit 返回非零值,此函数需要立即返回此非零值。

为了简化 tp_traverse 处理的实现,Python提供了一个 Py_VISIT() 宏。若要使用这个宏,必须把 tp_traverse 的参数命名为 visitarg

void Py_VISIT(PyObject *o)

如果 o 不是 NULL ,则调用 visit 回调函数,并把 oarg 作为回调函数的参数。如果 visit 返回一个非零值,则把此非零值返回上层调用。在使用此宏后, tp_traverse 处理组织为以下形式:

static int
my_traverse(Noddy *self, visitproc visit, void *arg)
{
    Py_VISIT(self->foo);
    Py_VISIT(self->bar);
    return 0;
}

The tp_clear handler must be of the inquiry type, or NULL if the object is immutable.

int (*inquiry)(PyObject *self)

丢弃产生循环引用的引用。不可变对象不需要声明此方法,因为他们不可能直接产生循环引用。需要注意的是,对象在调用此方法后必须仍是有效的(不能对引用只调用 Py_DECREF() 方法)。当垃圾回收器检测到该对象在循环引用中时,此方法会被调用。