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。

コンテナ型を作るには、型オブジェクトの tp_flags フィールドに Py_TPFLAGS_HAVE_GC フラグが立っており、 tp_traverse ハンドラの実装を提供しなければなりません。実装する型のインスタンスが変更可能な場合は、 tp_clear の実装も提供しなければなりません。

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. オブジェクトのメモリは PyObject_GC_New() または PyObject_GC_NewVar() で確保しなければなりません。

  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。

TYPE* PyObject_GC_New(TYPE, PyTypeObject *type)

PyObject_New() に似ていますが、 Py_TPFLAGS_HAVE_GC のセットされたコンテナオブジェクト用です。

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

PyObject_NewVar() に似ていますが、 Py_TPFLAGS_HAVE_GC のセットされたコンテナオブジェクト用です。

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

Resize an object allocated by PyObject_NewVar(). Returns the resized object or NULL on failure. op must not be tracked by the collector yet.

void PyObject_GC_Track(PyObject *op)

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。

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。

void PyObject_GC_Del(void *op)

PyObject_GC_New()PyObject_GC_NewVar() を使って確保されたメモリを解放します。

void PyObject_GC_UnTrack(void *op)

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: _PyObject_GC_TRACK() マクロと _PyObject_GC_UNTRACK() マクロは公開 C API から外されました。

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:

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

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:

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

Traversal function for a container object. Implementations must call the visit function for each object directly contained by self, with the parameters to visit being the contained object and the arg value passed to the handler. The visit function must not be called with a NULL object argument. If visit returns a non-zero value that value should be returned immediately.

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 visitarg でなければなりません:

void Py_VISIT(PyObject *o)

If 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;
}

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

int (*inquiry)(PyObject *self)

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。