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()

    警告

    如果一个类型添加了 Py_TPFLAGS_HAVE_GC,则它 必须 实现至少一个 tp_traverse 句柄或显式地使用来自其一个或多个子类的句柄。

    当调用 PyType_Ready() 或者 API 中某些间接调用它的函数例如 PyType_FromSpecWithBases()PyType_FromSpec() 时解释器就自动填充 tp_flags, tp_traversetp_clear 字段,如果该类型是继承自实现了垃圾回收器协议的类并且该子类 没有 包括 Py_TPFLAGS_HAVE_GC 旗标的话。

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() 所分配对象重新调整大小。 返回调整大小后的对象或在失败时返回 NULLop 必须尚未被垃圾回收器追踪。

void PyObject_GC_Track(PyObject *op)
Part of the Stable ABI.

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。

int PyObject_IS_GC(PyObject *obj)

如果对象实现了垃圾回收器协议则返回非零值,否则返回 0。

如果此函数返回 0 则对象无法被垃圾回收器追踪。

int PyObject_GC_IsTracked(PyObject *op)
Part of the Stable ABI since version 3.9.

如果 op 对象的类型实现了 GC 协议且 op 目前正被垃圾回收器追踪则返回 1, 否则返回 0。

这类似于 Python 函数 gc.is_tracked()

3.9 版新加入.

int PyObject_GC_IsFinalized(PyObject *op)
Part of the Stable ABI since version 3.9.

如果 op 对象的类型实现了 GC 协议且 op 已经被垃圾回收器终结则返回 1, 否则返回 0。

这类似于 Python 函数 gc.is_finalized()

3.9 版新加入.

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)
Part of the Stable ABI.

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)
Part of the Stable ABI.

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。

3.8 版更變: _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。

typedef int (*visitproc)(PyObject *object, void *arg)
Part of the Stable ABI.

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:

typedef int (*traverseproc)(PyObject *self, visitproc visit, void *arg)
Part of the Stable ABI.

用于容器对象的遍历函数。 它的实现必须对 self 所直接包含的每个对象调用 visit 函数,visit 的形参为所包含对象和传给处理程序的 arg 值。 visit 函数调用不可附带 NULL 对象作为参数。 如果 visit 返回非零值,则该值应当被立即返回。

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 不为 NULL,则调用 visit 回调函数,附带参数 oarg。 如果 visit 返回一个非零值,则返回该值。 使用此宏之后,tp_traverse 处理程序的形式如下:

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

tp_clear 处理程序必须为 inquiry 类型,如果对象不可变则为 NULL

typedef int (*inquiry)(PyObject *self)
Part of the Stable ABI.

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。

控制垃圾回收器状态

这个 C-API 提供了以下函数用于控制垃圾回收的运行。

Py_ssize_t PyGC_Collect(void)
Part of the Stable ABI.

执行完全的垃圾回收,如果垃圾回收器已启用的话。 (请注意 gc.collect() 会无条件地执行它。)

返回已回收的 + 无法回收的不可获取对象的数量。 如果垃圾回收器被禁用或已在执行回收,则立即返回 0。 在垃圾回收期间发生的错误会被传给 sys.unraisablehook。 此函数不会引发异常。

int PyGC_Enable(void)
Part of the Stable ABI since version 3.10.

启用垃圾回收器:类似于 gc.enable()。 返回之前的状态,0 为禁用而 1 为启用。

3.10 版新加入.

int PyGC_Disable(void)
Part of the Stable ABI since version 3.10.

禁用垃圾回收器:类似于 gc.disable()。 返回之前的状态,0 为禁用而 1 为启用。

3.10 版新加入.

int PyGC_IsEnabled(void)
Part of the Stable ABI since version 3.10.

查询垃圾回收器的状态:类似于 gc.isenabled()。 返回当前的状态,0 为禁用而 1 为启用。

3.10 版新加入.