拡張モジュールのPython3への移植—Pythonドキュメント

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拡張モジュールのPython3への移植

著者
ベンジャミン・ピーターソン

概要

C-APIの変更はPython3の目的の1つではありませんでしたが、Pythonレベルの多くの変更により、Python2のAPIをそのままにすることは不可能でした。 実際、 int（）や long（）の統合などのいくつかの変更は、経営幹部レベルでより明白です。 このドキュメントは、非互換性とそれらを回避する方法を文書化するように努めています。


条件付きコンパイル

Python 3の一部のコードのみをコンパイルする最も簡単な方法は、PY_MAJOR_VERSIONが3以上であるかどうかを確認することです。 

#if PY_MAJOR_VERSION >= 3
#define IS_PY3K
#endif

存在しないAPI関数は、条件付きブロック内の同等の関数にエイリアスすることができます。


オブジェクトAPIの変更

Python 3は、いくつかのタイプを同様の機能でマージし、他のタイプを明確に分離しました。

str / unicode統一

Python3の str（）タイプは、Python2の unicode（）と同等です。 C関数は両方ともPyUnicode_*と呼ばれます。 古い8ビット文字列型はbytes()になり、C関数はPyBytes_*と呼ばれます。 Python 2.6以降では、互換性ヘッダーbytesobject.hが提供され、PyBytesの名前がPyStringの名前にマッピングされます。 Python 3との互換性を最大限に高めるには、テキストデータにはPyUnicodeを使用し、バイナリデータにはPyBytesを使用する必要があります。 Python3のPyBytesとPyUnicodeは、Python2のPyStringとPyUnicodeのように互換性がないことを覚えておくことも重要です。 次の例は、PyUnicode、PyString、およびPyBytesに関するベストプラクティスを示しています。 

#include "stdlib.h"
#include "Python.h"
#include "bytesobject.h"

/* text example */
static PyObject *
say_hello(PyObject *self, PyObject *args) {
    PyObject *name, *result;

    if (!PyArg_ParseTuple(args, "U:say_hello", &name))
        return NULL;

    result = PyUnicode_FromFormat("Hello, %S!", name);
    return result;
}

/* just a forward */
static char * do_encode(PyObject *);

/* bytes example */
static PyObject *
encode_object(PyObject *self, PyObject *args) {
    char *encoded;
    PyObject *result, *myobj;

    if (!PyArg_ParseTuple(args, "O:encode_object", &myobj))
        return NULL;

    encoded = do_encode(myobj);
    if (encoded == NULL)
        return NULL;
    result = PyBytes_FromString(encoded);
    free(encoded);
    return result;
}

long / int統合

Python 3には、 int（）という1つの整数型しかありません。 ただし、実際にはPython2の long（）型に対応しています。Python2で使用されていた int（）型は削除されました。 C-APIでは、PyInt_*関数はPyLong_*の同等の関数に置き換えられています。


モジュールの初期化と状態

Python 3には、改良された拡張モジュール初期化システムがあります。 （ PEP 3121 を参照してください。）モジュールの状態をグローバルに格納する代わりに、インタープリター固有の構造に格納する必要があります。 Python2とPython3の両方で正しく機能するモジュールを作成するのは難しいです。 次の簡単な例は、その方法を示しています。 

#include "Python.h"

struct module_state {
    PyObject *error;
};

#if PY_MAJOR_VERSION >= 3
#define GETSTATE(m) ((struct module_state*)PyModule_GetState(m))
#else
#define GETSTATE(m) (&_state)
static struct module_state _state;
#endif

static PyObject *
error_out(PyObject *m) {
    struct module_state *st = GETSTATE(m);
    PyErr_SetString(st->error, "something bad happened");
    return NULL;
}

static PyMethodDef myextension_methods[] = {
    {"error_out", (PyCFunction)error_out, METH_NOARGS, NULL},
    {NULL, NULL}
};

#if PY_MAJOR_VERSION >= 3

static int myextension_traverse(PyObject *m, visitproc visit, void *arg) {
    Py_VISIT(GETSTATE(m)->error);
    return 0;
}

static int myextension_clear(PyObject *m) {
    Py_CLEAR(GETSTATE(m)->error);
    return 0;
}


static struct PyModuleDef moduledef = {
        PyModuleDef_HEAD_INIT,
        "myextension",
        NULL,
        sizeof(struct module_state),
        myextension_methods,
        NULL,
        myextension_traverse,
        myextension_clear,
        NULL
};

#define INITERROR return NULL

PyMODINIT_FUNC
PyInit_myextension(void)

#else
#define INITERROR return

void
initmyextension(void)
#endif
{
#if PY_MAJOR_VERSION >= 3
    PyObject *module = PyModule_Create(&moduledef);
#else
    PyObject *module = Py_InitModule("myextension", myextension_methods);
#endif

    if (module == NULL)
        INITERROR;
    struct module_state *st = GETSTATE(module);

    st->error = PyErr_NewException("myextension.Error", NULL, NULL);
    if (st->error == NULL) {
        Py_DECREF(module);
        INITERROR;
    }

#if PY_MAJOR_VERSION >= 3
    return module;
#endif
}

CObjectがCapsuleに置き換えられました

Capsuleオブジェクトは、CObjectを置き換えるためにPython3.1および2.7で導入されました。 CObjectは便利でしたが、CObject APIには問題がありました。有効なCObjectを区別できなかったため、不一致のCObjectがインタープリターをクラッシュさせ、一部のAPIはCの未定義の動作に依存していました。 （カプセルの背後にある理論的根拠の詳細については、：issue： `5630` を参照してください。）

現在CObjectsを使用していて、3.1以降に移行する場合は、Capsulesに切り替える必要があります。 CObjectは3.1および2.7で非推奨になり、Python3.2で完全に削除されました。 2.7または3.1以降のみをサポートしている場合は、Capsuleに切り替えるだけです。 Python 3.0、または2.7より前のバージョンのPythonをサポートする必要がある場合は、CObjectsとCapsulesの両方をサポートする必要があります。 （Python 3.0はサポートされなくなったため、本番環境での使用はお勧めしません。）

次のサンプルヘッダーファイルcapsulethunk.hは、問題を解決する可能性があります。 Capsule APIに対してコードを記述し、Python.hの後にこのヘッダーファイルをインクルードするだけです。 コードは、Capsulesを備えたPythonのバージョンでCapsulesを自動的に使用し、Capsulesが使用できない場合はCObjectsに切り替えます。

capsulethunk.hは、CObjectを使用してカプセルをシミュレートします。 ただし、CObjectにはカプセルの「名前」を保存する場所がありません。 その結果、capsulethunk.hによって作成されたシミュレートされたCapsuleオブジェクトは、実際のカプセルとは少し異なる動作をします。 具体的には：

  • PyCapsule_New（）に渡された名前パラメーターは無視されます。
  • PyCapsule_IsValid（）および PyCapsule_GetPointer（）に渡された名前パラメーターは無視され、名前のエラーチェックは実行されません。
  • PyCapsule_GetName（）は常にNULLを返します。
  • PyCapsule_SetName（）は常に例外を発生させ、失敗を返します。 （CObjectに名前を格納する方法がないため、ここでは PyCapsule_SetName（）のノイズの多い失敗がサイレント失敗よりも好ましいと見なされました。 これが不便な場合は、必要に応じてローカルコピーを自由に変更してください。）


capsulethunk.hは、Pythonソースディストリビューションで：source： `Doc / contains / capsulethunk.h` として見つけることができます。 便宜上、ここにも含まれています。 

#ifndef __CAPSULETHUNK_H
#define __CAPSULETHUNK_H

#if (    (PY_VERSION_HEX <  0x02070000) \
     || ((PY_VERSION_HEX >= 0x03000000) \
      && (PY_VERSION_HEX <  0x03010000)) )

#define __PyCapsule_GetField(capsule, field, default_value) \
    ( PyCapsule_CheckExact(capsule) \
        ? (((PyCObject *)capsule)->field) \
        : (default_value) \
    ) \

#define __PyCapsule_SetField(capsule, field, value) \
    ( PyCapsule_CheckExact(capsule) \
        ? (((PyCObject *)capsule)->field = value), 1 \
        : 0 \
    ) \


#define PyCapsule_Type PyCObject_Type

#define PyCapsule_CheckExact(capsule) (PyCObject_Check(capsule))
#define PyCapsule_IsValid(capsule, name) (PyCObject_Check(capsule))


#define PyCapsule_New(pointer, name, destructor) \
    (PyCObject_FromVoidPtr(pointer, destructor))


#define PyCapsule_GetPointer(capsule, name) \
    (PyCObject_AsVoidPtr(capsule))

/* Don't call PyCObject_SetPointer here, it fails if there's a destructor */
#define PyCapsule_SetPointer(capsule, pointer) \
    __PyCapsule_SetField(capsule, cobject, pointer)


#define PyCapsule_GetDestructor(capsule) \
    __PyCapsule_GetField(capsule, destructor)

#define PyCapsule_SetDestructor(capsule, dtor) \
    __PyCapsule_SetField(capsule, destructor, dtor)


/*
 * Sorry, there's simply no place
 * to store a Capsule "name" in a CObject.
 */
#define PyCapsule_GetName(capsule) NULL

static int
PyCapsule_SetName(PyObject *capsule, const char *unused)
{
    unused = unused;
    PyErr_SetString(PyExc_NotImplementedError,
        "can't use PyCapsule_SetName with CObjects");
    return 1;
}



#define PyCapsule_GetContext(capsule) \
    __PyCapsule_GetField(capsule, descr)

#define PyCapsule_SetContext(capsule, context) \
    __PyCapsule_SetField(capsule, descr, context)


static void *
PyCapsule_Import(const char *name, int no_block)
{
    PyObject *object = NULL;
    void *return_value = NULL;
    char *trace;
    size_t name_length = (strlen(name) + 1) * sizeof(char);
    char *name_dup = (char *)PyMem_MALLOC(name_length);

    if (!name_dup) {
        return NULL;
    }

    memcpy(name_dup, name, name_length);

    trace = name_dup;
    while (trace) {
        char *dot = strchr(trace, '.');
        if (dot) {
            *dot++ = '\0';
        }

        if (object == NULL) {
            if (no_block) {
                object = PyImport_ImportModuleNoBlock(trace);
            } else {
                object = PyImport_ImportModule(trace);
                if (!object) {
                    PyErr_Format(PyExc_ImportError,
                        "PyCapsule_Import could not "
                        "import module \"%s\"", trace);
                }
            }
        } else {
            PyObject *object2 = PyObject_GetAttrString(object, trace);
            Py_DECREF(object);
            object = object2;
        }
        if (!object) {
            goto EXIT;
        }

        trace = dot;
    }

    if (PyCObject_Check(object)) {
        PyCObject *cobject = (PyCObject *)object;
        return_value = cobject->cobject;
    } else {
        PyErr_Format(PyExc_AttributeError,
            "PyCapsule_Import \"%s\" is not valid",
            name);
    }

EXIT:
    Py_XDECREF(object);
    if (name_dup) {
        PyMem_FREE(name_dup);
    }
    return return_value;
}

#endif /* #if PY_VERSION_HEX < 0x02070000 */

#endif /* __CAPSULETHUNK_H */

別のオプション

新しい拡張モジュールを作成している場合は、 Cython を検討してください。 Pythonのような言語をCに変換します。 それが作成する拡張モジュールは、Python3およびPython2と互換性があります。



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