循環垃圾回收的支援

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。

要创建一个容器类,类型对象的 tp_flags 字段必须包括 Py_TPFLAGS_HAVE_GC 并提供一个 tp_traverse 处理器的实现。 如果该类型的实例是可变的,则还必须提供 tp_clear 的实现。

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. 该对象的内在必须使用 PyObject_GC_NewPyObject_GC_NewVar 来分配。

  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()

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。

    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() 或者某些间接调用该函数的 API 如 PyType_FromSpecWithBases()PyType_FromSpec() 时解释器将自动填充 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。

PyObject_GC_New(TYPE, typeobj)

类似于 PyObject_New 但专用于设置了 Py_TPFLAGS_HAVE_GC 旗标的容器对象。

PyObject_GC_NewVar(TYPE, typeobj, size)

PyObject_NewVar 类似但专用于设置了 Py_TPFLAGS_HAVE_GC 旗标的容器对象。

PyObject *PyUnstable_Object_GC_NewWithExtraData(PyTypeObject *type, size_t extra_size)
這是 不穩定 API,它可能在小版本發布中沒有任何警告地被變更。

PyObject_GC_New 类似但会在对象的末尾分配 extra_size 个字节(在 tp_basicsize 偏移量处)。 除 Python 对象标头 外,分配的内存将初始化为零。

附加数据将与对象一起被释放,但在其他情况下则不会由 Python 来管理。

警告

此函数被标记为非稳定的因为在实例之后保留附加数据的机制尚未确定。 要分配可变数量的字段,推荐改用 PyVarObjecttp_itemsize

Added in version 3.12.

PyObject_GC_Resize(TYPE, op, newsize)

重新调整 PyObject_NewVar 所分配对象的大小。 返回调整大小后的类型为 TYPE* 的对象(指向任意 C 类型)或在失败时返回 NULL

op 必须为 PyVarObject* 类型并且不能已被回收器所追踪。 newsize 必须为 Py_ssize_t 类型。

void PyObject_GC_Track(PyObject *op)
穩定 ABI 的一部分.

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)
穩定 ABI 的一部分 自 3.9 版本開始.

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()

Added in version 3.9.

int PyObject_GC_IsFinalized(PyObject *op)
穩定 ABI 的一部分 自 3.9 版本開始.

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()

Added in version 3.9.

void PyObject_GC_Del(void *op)
穩定 ABI 的一部分.

使用 PyObject_GC_NewPyObject_GC_NewVar 释放分配给对象的内存。

void PyObject_GC_UnTrack(void *op)
穩定 ABI 的一部分.

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 版的變更: _PyObject_GC_TRACK()_PyObject_GC_UNTRACK() 宏已从公有 C API 中删除。

tp_traverse 处理接收以下类型的函数形参。

typedef int (*visitproc)(PyObject *object, void *arg)
穩定 ABI 的一部分.

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)
穩定 ABI 的一部分.

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)
穩定 ABI 的一部分.

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)
穩定 ABI 的一部分.

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)
穩定 ABI 的一部分 自 3.10 版本開始.

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。

Added in version 3.10.

int PyGC_Disable(void)
穩定 ABI 的一部分 自 3.10 版本開始.

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。

Added in version 3.10.

int PyGC_IsEnabled(void)
穩定 ABI 的一部分 自 3.10 版本開始.

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。

Added in version 3.10.

查询垃圾回收器状态

该 C-API 提供了以下接口用于查询有关垃圾回收器的信息。

void PyUnstable_GC_VisitObjects(gcvisitobjects_t callback, void *arg)
這是 不穩定 API,它可能在小版本發布中沒有任何警告地被變更。

在全部活动的支持 GC 的对象上运行所提供的 callbackarg 会被传递给所有 callback 的发起调用。

警告

如果新对象被回调(取消)分配后再被访问其行为是未定义的。

垃圾回收在运行期间被禁用。 在回调中显式地运行回收可能导致未定义的行为,例如多次访问同一对象或完全不访问。

Added in version 3.12.

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

要传给 PyUnstable_GC_VisitObjects() 的访问者函数的类型。 arg 与传给 PyUnstable_GC_VisitObjectsarg 相同。 返回 0 以继续迭代,返回 1 以停止迭代。 其他返回值目前被保留因此返回任何其他值的行为都是未定义的。

Added in version 3.12.