# 循環参照ガベージコレクションをサポートする

Python が循環参照を含むガベージの検出とコレクションをサポートするには、他のオブジェクトに対する "コンテナ" (他のオブジェクトには他のコンテナも含みます) となるオブジェクト型によるサポートが必要です。他のオブジェクトに対する参照を記憶しないオブジェクトや、(数値や文字列のような) アトム型 (atomic type) への参照だけを記憶するような型では、ガベージコレクションに際して特別これといったサポートを提供する必要はありません。

To create a container type, the `tp_flags` field of the type object must include the `Py_TPFLAGS_HAVE_GC` and provide an implementation of the `tp_traverse` handler. If instances of the type are mutable, a `tp_clear` implementation must also be provided.

`Py_TPFLAGS_HAVE_GC`

  このフラグをセットした型のオブジェクトは、この節に述べた規則に適合しなければなりません。簡単のため、このフラグをセットした型のオブジェクトをコンテナオブジェクトと呼びます。

コンテナ型のコンストラクタは以下の二つの規則に適合しなければなりません:

1. The memory for the object must be allocated using `PyObject_GC_New` or `PyObject_GC_NewVar`.

2. 他のコンテナへの参照が入るかもしれないフィールドが全て初期化されたら、すぐに `PyObject_GC_Track()` を呼び出さなければなりません。

同様に、オブジェクトのメモリ解放関数も以下の二つの規則に適合しなければなりません:

1. 他のコンテナを参照しているフィールドを無効化する前に、 `PyObject_GC_UnTrack()` を呼び出さなければなりません。

2. オブジェクトのメモリは `PyObject_GC_Del()` で解放しなければなりません。

   警告

   If a type adds the Py_TPFLAGS_HAVE_GC, then it must implement at least a `tp_traverse` handler or explicitly use one from its subclass or subclasses.

   When calling `PyType_Ready()` or some of the APIs that indirectly call it like `PyType_FromSpecWithBases()` or `PyType_FromSpec()` the interpreter will automatically populate the `tp_flags`, `tp_traverse` and `tp_clear` fields if the type inherits from a class that implements the garbage collector protocol and the child class does not include the `Py_TPFLAGS_HAVE_GC` flag.

PyObject_GC_New(TYPE, typeobj)

  Analogous to `PyObject_New` but for container objects with the `Py_TPFLAGS_HAVE_GC` flag set.

  Do not call this directly to allocate memory for an object; call the type's `tp_alloc` slot instead.

  When populating a type's `tp_alloc` slot, `PyType_GenericAlloc()` is preferred over a custom function that simply calls this macro.

  Memory allocated by this macro must be freed with `PyObject_GC_Del()` (usually called via the object's `tp_free` slot).

  参考

  - `PyObject_GC_Del()`

  - `PyObject_New`

  - `PyType_GenericAlloc()`

  - `tp_alloc`

PyObject_GC_NewVar(TYPE, typeobj, size)

  Analogous to `PyObject_NewVar` but for container objects with the `Py_TPFLAGS_HAVE_GC` flag set.

  Do not call this directly to allocate memory for an object; call the type's `tp_alloc` slot instead.

  When populating a type's `tp_alloc` slot, `PyType_GenericAlloc()` is preferred over a custom function that simply calls this macro.

  Memory allocated by this macro must be freed with `PyObject_GC_Del()` (usually called via the object's `tp_free` slot).

  参考

  - `PyObject_GC_Del()`

  - `PyObject_NewVar`

  - `PyType_GenericAlloc()`

  - `tp_alloc`

PyObject *PyUnstable_Object_GC_NewWithExtraData(PyTypeObject *type, size_t extra_size)
  これは Unstable APIです。マイナーリリースで予告なく変更されることがあります。

  Analogous to `PyObject_GC_New` but allocates extra_size bytes at the end of the object (at offset `tp_basicsize`). The allocated memory is initialized to zeros, except for the `Python object header`.

  The extra data will be deallocated with the object, but otherwise it is not managed by Python.

  Memory allocated by this function must be freed with `PyObject_GC_Del()` (usually called via the object's `tp_free` slot).

  警告

  The function is marked as unstable because the final mechanism for reserving extra data after an instance is not yet decided. For allocating a variable number of fields, prefer using `PyVarObject` and `tp_itemsize` instead.

  Added in version 3.12.

PyObject_GC_Resize(TYPE, op, newsize)

  Resize an object allocated by `PyObject_NewVar`. Returns the resized object of type `TYPE*` (refers to any C type) or `NULL` on failure.

  op must be of type PyVarObject* and must not be tracked by the collector yet. newsize must be of type `Py_ssize_t`.

void PyObject_GC_Track(PyObject *op)
  次に属します: Stable ABI.

  オブジェクト op を、コレクタによって追跡されるオブジェクトの集合に追加します。コレクタは何回動くのかは予想できないので、追跡されている間はオブジェクトは正しい状態でいなければなりません。 `tp_traverse` の対象となる全てのフィールドが正しい状態になってすぐに、たいていはコンストラクタの末尾付近で、呼び出すべきです。

int PyObject_IS_GC(PyObject *obj)

  Returns non-zero if the object implements the garbage collector protocol, otherwise returns 0.

  The object cannot be tracked by the garbage collector if this function returns 0.

int PyObject_GC_IsTracked(PyObject *op)
  次に属します: Stable ABI (バージョン 3.9 より).

  Returns 1 if the object type of op implements the GC protocol and op is being currently tracked by the garbage collector and 0 otherwise.

  This is analogous to the Python function `gc.is_tracked()`.

  Added in version 3.9.

int PyObject_GC_IsFinalized(PyObject *op)
  次に属します: Stable ABI (バージョン 3.9 より).

  Returns 1 if the object type of op implements the GC protocol and op has been already finalized by the garbage collector and 0 otherwise.

  This is analogous to the Python function `gc.is_finalized()`.

  Added in version 3.9.

void PyObject_GC_Del(void *op)
  次に属します: Stable ABI.

  Releases memory allocated to an object using `PyObject_GC_New` or `PyObject_GC_NewVar`.

  Do not call this directly to free an object's memory; call the type's `tp_free` slot instead.

  Do not use this for memory allocated by `PyObject_New`, `PyObject_NewVar`, or related allocation functions; use `PyObject_Free()` instead.

  参考

  - `PyObject_Free()` is the non-GC equivalent of this function.

  - `PyObject_GC_New`

  - `PyObject_GC_NewVar`

  - `PyType_GenericAlloc()`

  - `tp_free`

void PyObject_GC_UnTrack(void *op)
  次に属します: Stable ABI.

  オブジェクト op を、コレクタによって追跡されるオブジェクトの集合から除去します。このオブジェクトに対して `PyObject_GC_Track()` を再度呼び出して、追跡されるオブジェクトの集合に戻すことも可能です。 `tp_traverse` ハンドラの対象となるフィールドが正しくない状態になる前に、デアロケータ (`tp_dealloc` ハンドラ) はオブジェクトに対して、この関数を呼び出すべきです。

バージョン 3.8 で変更: The `_PyObject_GC_TRACK()` and `_PyObject_GC_UNTRACK()` macros have been removed from the public C API.

`tp_traverse` ハンドラはこの型の関数パラメータを受け取ります:

typedef int (*visitproc)(PyObject *object, void *arg)
  次に属します: Stable ABI.

  `tp_traverse` ハンドラに渡されるビジター関数 (visitor function) の型です。この関数は、探索するオブジェクトを object として、 `tp_traverse` ハンドラの第 3 引数を arg として呼び出します。 Python のコアはいくつかのビジター関数を使って、ゴミとなった循環参照を検出する仕組みを実装します; ユーザが自身のためにビジター関数を書く必要が出てくることはないでしょう。

`tp_traverse` ハンドラは次の型を持っていなければなりません:

typedef int (*traverseproc)(PyObject *self, visitproc visit, void *arg)
  次に属します: Stable ABI.

  コンテナオブジェクトのためのトラバーサル関数 (traversal function) です。 実装では、self に直接入っている各オブジェクトに対して visit 関数を呼び出さなければなりません。 このとき、visit へのパラメタはコンテナに入っている各オブジェクトと、このハンドラに渡された arg の値です。 visit 関数は `NULL` オブジェクトを引数に渡して呼び出してはなりません。 visit が非ゼロの値を返す場合、エラーが発生し、戻り値をそのまま返すようにしなければなりません。

  The traversal function must not have any side effects. Implementations may not modify the reference counts of any Python objects nor create or destroy any Python objects.

`tp_traverse` ハンドラを簡潔に書くために、 `Py_VISIT()` マクロが提供されています。このマクロを使うためには、 `tp_traverse` の実装関数の引数は、一文字も違わず visit と arg でなければなりません:

Py_VISIT(o)

  If the PyObject* o is not `NULL`, call the visit callback, with arguments o and arg. If visit returns a non-zero value, then return it. Using this macro, `tp_traverse` handlers look like:

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

`tp_clear` ハンドラは `inquiry` 型であるか、オブジェクトが不変 (immutable) な場合は `NULL` でなければなりません。

typedef int (*inquiry)(PyObject *self)
  次に属します: Stable ABI.

  循環参照を形成しているとおぼしき参照群を放棄します。変更不可能なオブジェクトは循環参照を直接形成することが決してないので、この関数を定義する必要はありません。このメソッドを呼び出した後でもオブジェクトは有効なままでなければならないので注意してください (参照に対して `Py_DECREF()` を呼ぶだけにしないでください)。ガベージコレクタは、オブジェクトが循環参照を形成していることを検出した際にこのメソッドを呼び出します。

## Controlling the Garbage Collector State

The C-API provides the following functions for controlling garbage collection runs.

Py_ssize_t PyGC_Collect(void)
  次に属します: Stable ABI.

  Perform a full garbage collection, if the garbage collector is enabled. (Note that `gc.collect()` runs it unconditionally.)

  Returns the number of collected + unreachable objects which cannot be collected. If the garbage collector is disabled or already collecting, returns `0` immediately. Errors during garbage collection are passed to `sys.unraisablehook`. This function does not raise exceptions.

int PyGC_Enable(void)
  次に属します: Stable ABI (バージョン 3.10 より).

  Enable the garbage collector: similar to `gc.enable()`. Returns the previous state, 0 for disabled and 1 for enabled.

  Added in version 3.10.

int PyGC_Disable(void)
  次に属します: Stable ABI (バージョン 3.10 より).

  Disable the garbage collector: similar to `gc.disable()`. Returns the previous state, 0 for disabled and 1 for enabled.

  Added in version 3.10.

int PyGC_IsEnabled(void)
  次に属します: Stable ABI (バージョン 3.10 より).

  Query the state of the garbage collector: similar to `gc.isenabled()`. Returns the current state, 0 for disabled and 1 for enabled.

  Added in version 3.10.

## Querying Garbage Collector State

The C-API provides the following interface for querying information about the garbage collector.

void PyUnstable_GC_VisitObjects(gcvisitobjects_t callback, void *arg)
  これは Unstable APIです。マイナーリリースで予告なく変更されることがあります。

  Run supplied callback on all live GC-capable objects. arg is passed through to all invocations of callback.

  警告

  If new objects are (de)allocated by the callback it is undefined if they will be visited.

  Garbage collection is disabled during operation. Explicitly running a collection in the callback may lead to undefined behaviour e.g. visiting the same objects multiple times or not at all.

  Added in version 3.12.

typedef int (*gcvisitobjects_t)(PyObject *object, void *arg)

  Type of the visitor function to be passed to `PyUnstable_GC_VisitObjects()`. arg is the same as the arg passed to `PyUnstable_GC_VisitObjects`. Return `1` to continue iteration, return `0` to stop iteration. Other return values are reserved for now so behavior on returning anything else is undefined.

  Added in version 3.12.