C API の安定性

特記のない限り、Python の C API には後方互換性ポリシー PEP 387 が適用されます。 変更の大半はソース互換性を保ちます (通常は新しい API の追加だけを行います)。 既存 API の変更や削除は、非推奨の期間を経た後、または重大な問題を修正するためにのみ行います。

CPython のアプリケーションバイナリインターフェース (ABI) は、同じマイナーリリース内で前方互換性と後方互換性を持ちます (同じ方法でコンパイルされている場合。下記の プラットフォームで考慮すべき点 を参照)。 したがって、Python 3.10.0 向けにコンパイルしたコードは 3.10.8 で動作し、その逆も同様ですが、3.9.x や 3.11.x 向けには別にコンパイルする必要があります。

C API には、期待される安定性が異なる二つの階層があります。

  • 不安定な API は、非推奨の期間なしにマイナーバージョン間で変更される可能性があります。 名前の接頭辞 PyUnstable で識別できます。

  • Limited API は、複数のマイナーリリースにわたって互換性を持ちます。 Py_LIMITED_API を定義すると、Python.h から公開されるのはこの部分集合だけになります。

以下でそれぞれを詳しく説明します。

_Py_InternalState のようにアンダースコアで始まる名前はプライベート API で、パッチリリースでも予告なく変更される可能性があります。 この API を使う必要がある場合は、CPython 開発者 に連絡し、用途に合う公開 API の追加を相談することを検討してください。

不安定な C API

接頭辞 PyUnstable を持つ API は CPython の実装の詳細を公開しており、マイナーリリースごとに (例えば 3.9 から 3.10 で) 非推奨の警告なしに変更される可能性があります。 ただし、バグ修正リリース (例えば 3.10.0 から 3.10.1) では変更されません。

通常はデバッガのような、低レベルの専門的なツールを対象としています。

この API を使うプロジェクトには、CPython の開発を追い、変更への対応に追加の労力をかけることが期待されます。

安定 ABI (Stable Appliction Binary Interface)

For simplicity, this document talks about extensions, but the Limited API and Stable ABI work the same way for all uses of the API – for example, embedding Python.

Limited C API

Python 3.2 introduced the Limited API, a subset of Python's C API. Extensions that only use the Limited API can be compiled once and be loaded on multiple versions of Python. Contents of the Limited API are listed below.

Py_LIMITED_API

このマクロを Python.h をインクルードする前に定義することで、 Limited API のみを使用することを選択し、 Limited API バージョンを選択することができます。

Define Py_LIMITED_API to the value of PY_VERSION_HEX corresponding to the lowest Python version your extension supports. The extension will be ABI-compatible with all Python 3 releases from the specified one onward, and can use Limited API introduced up to that version.

PY_VERSION_HEX マクロを直接使うのではなく、将来の Python のバージョンでコンパイルするときの安定性のために、最小のマイナーバージョン(例えば、 Python 3.10なら 0x030A0000 )をハードコードします。

また、 Py_LIMITED_API を 3 に定義することができます。これは 0x03020000 (Python 3.2, Limited API が導入されたバージョン)と同じように動作します。

Stable ABI

To enable this, Python provides a Stable ABI: a set of symbols that will remain ABI-compatible across Python 3.x versions.

注釈

The Stable ABI prevents ABI issues, like linker errors due to missing symbols or data corruption due to changes in structure layouts or function signatures. However, other changes in Python can change the behavior of extensions. See Python's Backwards Compatibility Policy (PEP 387) for details.

The Stable ABI contains symbols exposed in the Limited API, but also other ones – for example, functions necessary to support older versions of the Limited API.

Windows では、 Stable ABI を使用する拡張機能は、 python39.dll のようなバージョン固有のライブラリではなく、 python3.dll に対してリンクする必要があります。

いくつかのプラットフォームでは、 Python は abi3 タグで名付けられた共有ライブラリファイルを探して読み込みます(例: mymodule.abi3.so)。このような拡張モジュールが Stable ABI に適合しているかどうかはチェックされません。ユーザー(またはそのパッケージングツール)は、たとえば 3.10+ Limited API でビルドされた拡張モジュールが、それ以下のバージョンの Python にインストールされないことを確認する必要があります。

Stable ABI に含まれるすべての関数は、マクロとしてだけでなく、 Python の共有ライブラリの関数として存在します。そのため、Cプリプロセッサを使用しない言語から使用することができます。

APIスコープとパフォーマンスの制限

Limited API の目標は、フル C API で可能なすべてのことを実現することですが、おそらく性能上の制約があります。

例えば、 PyList_GetItem() は利用可能ですが、その “unsafe” マクロの変種 PyList_GET_ITEM() は利用できません。このマクロは、リストオブジェクトのバージョン固有の実装の詳細に依存することができるため、より高速に処理することができます。

Py_LIMITED_API を定義しないと、いくつかの C API 関数がインライン化されたり、マクロに置き換わったりします。Py_LIMITED_API を定義すると、このインライン化が無効になり、 Python のデータ構造が改善されても安定した動作が可能になりますが、性能が低下する可能性があります。

Py_LIMITED_API の定義を省くことで、 Limited API 拡張をバージョン固有の ABI でコンパイルすることが可能です。これにより、その Python のバージョンでパフォーマンスを向上させることができますが、互換性は制限されます。Py_LIMITED_API でコンパイルすると、バージョンに依存しない拡張機能が利用できない場合、例えば、次期 Python バージョンのプレリリースに対応した拡張モジュールを配布することができるようになります。

制限付きAPIの注意点

Note that compiling with Py_LIMITED_API is not a complete guarantee that code conforms to the Limited API or the Stable ABI. Py_LIMITED_API only covers definitions, but an API also includes other issues, such as expected semantics.

Py_LIMITED_API が防げない問題の1つは、 Python の下位バージョンでは無効な引数を持つ関数を呼び出すことです。例えば、引数に NULL を受け取る関数を考えてみましょう。Python 3.9 では NULL はデフォルトの挙動を選択しますが、Python 3.8 ではこの引数は直接使用され、 NULL の参照外れを起こしクラッシュします。同様の引数は、構造体のフィールドに対しても機能します。

もう一つの問題は、一部の構造体フィールドがLimited APIの一部であるにもかかわらず、 Py_LIMITED_API が定義されたときに現在非表示になっていないことです。

これらの理由から、私たちは拡張モジュールがサポートする すべての マイナーな Python バージョンでテストすること、そしてできれば 最も低い バージョンでビルドすることを推奨します。

また、使用するすべての API のドキュメントを確認し、それが明示的に Limited API の一部であるかどうかをチェックすることをお勧めします。Py_LIMITED_API が定義されていても、技術的な理由で(あるいはバグとして意図せず)いくつかのプライベート宣言が公開されることがあります。

Python 3.8 で Py_LIMITED_API をコンパイルすると、その拡張モジュールは Python 3.12 で動作しますが、必ずしも Python 3.12 で コンパイル できるとは限らないことに注意してください。特に、Limited API の一部は、 Stable ABI が安定している限り、非推奨で削除されるかもしれません。

プラットフォームで考慮すべき点

ABI stability depends not only on Python, but also on the compiler used, lower-level libraries and compiler options. For the purposes of the Stable ABI, these details define a “platform”. They usually depend on the OS type and processor architecture

特定のプラットフォーム上のすべての Python バージョンが安定版 ABI を破壊しない方法でビルドされていることを保証するのは、 Python の各特定配布者の責任です。これは python.org や多くのサードパーティーの配布元からの Windows と macOS のリリースの場合です。

限定版APIの内容

Currently, the Limited API includes the following items: