Python之美[从菜鸟到高手]--一步一步动手给Python写扩展(异常处理和引用计数)
我们将继续一步一步动手给Python写扩展,通过上一篇我们学习了如何写扩展,本篇将介绍一些高级话题,如异常,引用计数问题等。强烈建议先看上一篇,Python之美[从菜鸟到高手]--一步一步动手给Python写扩展(爱之初体验)的基础知识。
一:扩展中的异常处理
高级语言如C++,Java等都有完善的异常控制,Python也不例外。但与C++不同的是,写C++你可以完全抛弃异常处理,但Python中基本是不可能的。记得Google的C++编码规范中明确指出,他们是不允许使用异常的,因为会打乱控制流,导致调试等复杂度增加,有兴趣的童鞋可以看看。但Python中你是避免不了的,很多内置函数和模块都大量的使用了异常。所以为了我们编写的模块更加Pythonic,异常处理免不了。
下面一段代码是在上一篇文章中的增强版,主要就是在异常处理方面。
#include <Python.h>
static PyObject *SpamError;
static PyObject *SpamIoError; static PyObject *spam_system(PyObject *self, PyObject *args)
{
const char *command;
int sts; if (!PyArg_ParseTuple(args, "s", &command))
return NULL;
sts = system(command);
if(sts<0){ //系统调用返回-1,失败;返回0,代表执行成功;返回其它的,也代表错误,如没有这个命令等
PyErr_SetString(SpamError,"system call failed");
return NULL;
}
else if(sts>0){
PyErr_SetString(SpamIoError,"Io failed");
return NULL;
}
return PyLong_FromLong(sts);
} static PyMethodDef SpamMethods[] = {
{"system", spam_system, METH_VARARGS,"Execute a shell command."},
{NULL, NULL, 0, NULL}
}; PyMODINIT_FUNC initspam(void)
{
PyObject *m;
m=Py_InitModule("spam", SpamMethods);
if (m==NULL)
return;
SpamError=PyErr_NewException("spam.error",NULL,NULL);
SpamIoError=PyErr_NewException("spam.IoError",NULL,NULL);
Py_INCREF(SpamError);
Py_INCREF(SpamIoError);
PyModule_AddObject(m,"error",SpamError);
PyModule_AddObject(m,"IoError",SpamIoError); }
我们写来看一下使用:
通过dir(),我们发现新增加了error和IoError,我们看看这到底是什么?
哦,原来spam.error就是一个异常类,是通过代码39行加入:PyModule_AddObject的函数原形,int PyModule_AddObject(PyObject *module, const char *name, PyObject *value),其中module就是Py_InitModule()返回的对象。代码39行:PyModule_AddObject(m,"error",SpamError),含义就是将SpamError这个类加入m这个模块中,并简记为“error”。而SpamError就是一个异常类,是通过35行的SpamError=PyErr_NewException("spam.error",NULL,NULL)创建的,PyObject* PyErr_NewException(char *name, PyObject *base, PyObject *dict)返回一个新创建的异常类,SpamError是程序开头定义的一个静态变量,到这里我们都知道了异常类如何定义了,那如何使用呢?
代码14行,当系统调用失败,通过PyErr_SetString(SpamError,"system call failed")设置异常,一般都是使用void PyErr_SetString(PyObject *type, const char *message)来设置异常,代码很简洁,下面通过实例看看如何使用。
我们调用了一个不存在的命令,很明显抛出的是IoError,额突然发现名字起的不好,应该为NotFound异常更加贴切。
这里需要注意37行的Py_INCREF(SpamError),由于异常可以由外部代码删除,这样将导致SpamError成为悬垂指针(也就是SpamError指向的地址被释放,但SpamError还是指向原来的地址),所以将SpamError的引用加1,这样异常类就不会被释放。
下面是几点扩展知识点:
1,如果要忽略函数抛出的异常,可以用PyErr_Clear()。因为异常只有传递到Python解释器时才起作用,所以在C API层次可以清除。
2,如果是申请内存函数(malloc等)失败,要设置异常,需要设置PyErr_NoMemory(),并需要将异常指示器返回,简单来说就是这样:return PyErr_NoMemory();
主要是所有的对象创建函数都是这么干的,所以我们要遵守规矩。
下面给一个demo程序,也就是上面代码的演化版,增加了异常清除,给模块增加变量,如模块版本信息,作者等。
#include <Python.h>
static PyObject *SpamError;
static PyObject *SpamIoError; void Pysystem(const char *command)
{
int sts;
sts = system(command);
if(sts<0){ //系统调用返回-1,失败;返回0,代表执行成功;返回其它的,也代表错误,如没有这个命令等
PyErr_SetString(SpamError,"system call failed");
}
else if(sts>0){
PyErr_SetString(SpamIoError,"Io failed");
}
} static PyObject *spam_system(PyObject *self, PyObject *args)
{
const char *command;
if (!PyArg_ParseTuple(args, "s", &command))
return NULL;
Pysystem(command);
PyErr_Clear(); //清除异常
return PyLong_FromLong(0);
} static PyMethodDef SpamMethods[] = {
{"system", spam_system, METH_VARARGS,"Execute a shell command."},
{NULL, NULL, 0, NULL}
}; PyMODINIT_FUNC initspam(void)
{
PyObject *m;
PyObject *mversion =PyString_FromString("1.0.0");
PyObject *mauthor =PyString_FromString("skycrab");
m=Py_InitModule("spam", SpamMethods);
if (m==NULL)
return; SpamError=PyErr_NewException("spam.errorClass",NULL,NULL);
SpamIoError=PyErr_NewException("spam.IoErrorClass",NULL,NULL);
Py_INCREF(SpamError);
Py_INCREF(SpamIoError);
PyModule_AddObject(m,"error",SpamError);
PyModule_AddObject(m,"IoError",SpamIoError);
PyModule_AddObject(m,"version",mversion);
PyModule_AddObject(m,"author",mauthor); }
代码很简单,看交互效果。
从上面我们可以看出,的确没有抛出异常,而且返回值也的确是0。
二,引用计数
Python中使用了引用计数(为主)来解决垃圾回收,想了解Python如何进行垃圾回收可以看Python之美[从菜鸟到高手]--Python垃圾回收机制及gc模块详解。那么在C API层次如何控制引用的呢?
常用的有4个C API,
void Py_INCREF(PyObject *o) // 增加引用,o不可以为NULL
void Py_XINCREF(PyObject *o) // 增加引用,o可以为NULL
void Py_DECREF(PyObject *o) // 减少引用,o不可以为NULL
void Py_XDECREF(PyObject *o) // 减少引用,o可以为NULL
在Python C API中,函数返回值一般都是返回引用,但分为2种引用,Borrowed reference和New reference(不知道翻译成什么比较合适)
我们先来看两个API声明:
PyObject* PyTuple_GetItem(PyObject *p, Py_ssize_t pos)
Return value: Borrowed reference. PyObject* PyObject_GetAttrString(PyObject *o, const char *attr_name)
Return value: New reference.
我们平常使用较多的是New reference,也就是能完全拥有的对象。所谓完全拥有,简单点说就是引用计数已经加1。
而Borrowed reference其实只是一个指针,引用计数并没有增加,其实就是Python层次的Weakref(弱引用) ,所以使用时,你必须保证指向对象没有被释放。
我们来看下面一段代码:
void
bug(PyObject *list)
{
PyObject *item = PyList_GetItem(list, 0); PyList_SetItem(list, 1, PyInt_FromLong(0L));
PyObject_Print(item, stdout, 0); /* BUG! */
}
上面完成功能就是从列表list中取出索引为0的对象item,然后将list[1]设置为0,最后打印出item。
应该没有问题吧?每当底气不足时,就是存在问题的时候。试想如下场景,当我设置list[1]时肯定要先释放list[1](del list[1]),如果list[1]对象定义了__del__方法,而在__del__方法中有可能del list[o],而PyList_GetItem返回的是Borrowed reference,这将导致item指针无效。
那如本避免呢,很简单,在设置之前手动增加一次引用,最后再减少一次就OK了,代码如下:
void
no_bug(PyObject *list)
{
PyObject *item = PyList_GetItem(list, 0); Py_INCREF(item);
PyList_SetItem(list, 1, PyInt_FromLong(0L));
PyObject_Print(item, stdout, 0);
Py_DECREF(item);
}
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