Wie ein Generator / Iterator mit dem Python-C-API erstellen?

Question

Wie replizieren ich folgenden Python-Code mit dem Python-C-API?

class Sequence():
    def __init__(self, max):
        self.max = max
    def data(self):
        i = 0
        while i < self.max:
            yield i
            i += 1

Bisher habe ich dies:

#include <Python/Python.h>
#include <Python/structmember.h>

/* Define a new object class, Sequence. */
typedef struct {
    PyObject_HEAD
    size_t max;
} SequenceObject;

/* Instance variables */
static PyMemberDef Sequence_members[] = {
    {"max", T_UINT, offsetof(SequenceObject, max), 0, NULL},
    {NULL} /* Sentinel */
};

static int Sequence_Init(SequenceObject *self, PyObject *args, PyObject *kwds)
{
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "k", &(self->max))) {
        return -1;
    }
    return 0;
}

static PyObject *Sequence_data(SequenceObject *self, PyObject *args);

/* Methods */
static PyMethodDef Sequence_methods[] = {
    {"data", (PyCFunction)Sequence_data, METH_NOARGS,
     "sequence.data() -> iterator object\n"
     "Returns iterator of range [0, sequence.max)."},
    {NULL} /* Sentinel */
};

/* Define new object type */
PyTypeObject Sequence_Type = {
   PyObject_HEAD_INIT(NULL)
   0,                         /* ob_size */
   "Sequence",                /* tp_name */
   sizeof(SequenceObject),    /* tp_basicsize */
   0,                         /* tp_itemsize */
   0,                         /* tp_dealloc */
   0,                         /* tp_print */
   0,                         /* tp_getattr */
   0,                         /* tp_setattr */
   0,                         /* tp_compare */
   0,                         /* tp_repr */
   0,                         /* tp_as_number */
   0,                         /* tp_as_sequence */
   0,                         /* tp_as_mapping */
   0,                         /* tp_hash */
   0,                         /* tp_call */
   0,                         /* tp_str */
   0,                         /* tp_getattro */
   0,                         /* tp_setattro */
   0,                         /* tp_as_buffer */
   Py_TPFLAGS_DEFAULT | Py_TPFLAGS_BASETYPE, /* tp_flags*/
   "Test generator object",   /* tp_doc */
   0,                         /* tp_traverse */
   0,                         /* tp_clear */
   0,                         /* tp_richcompare */
   0,                         /* tp_weaklistoffset */
   0,                         /* tp_iter */
   0,                         /* tp_iternext */
   0,                         /* tp_methods */
   Sequence_members,          /* tp_members */
   0,                         /* tp_getset */
   0,                         /* tp_base */
   0,                         /* tp_dict */
   0,                         /* tp_descr_get */
   0,                         /* tp_descr_set */
   0,                         /* tp_dictoffset */
   (initproc)Sequence_init,   /* tp_init */
   0,                         /* tp_alloc */
   PyType_GenericNew,         /* tp_new */
};

static PyObject *Sequence_data(SequenceObject *self, PyObject *args)
{
    /* Now what? */
}

Aber ich bin nicht sicher, wohin zu gehen. Könnte jemand einige Vorschläge anbieten?

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Ich nehme an das Hauptproblem mit Ich habe dies die yield Anweisung simuliert. Wie ich es verstehe, ist es eine ziemlich einfach aussehende, aber in Wirklichkeit komplex, Aussage - es einen Generator mit einer eigenen __iter__() und next() Methoden erstellt, die automatisch aufgerufen werden. Die Suche in der Dokumentation, so scheint es, mit dem PyGenObject ; jedoch, wie eine neue Instanz dieses Objekts zu erstellen, ist unklar. PyGen_New() nimmt als Argument einen PyFrameObject, der einzige Hinweis auf die ich finden kann, ist PyEval_GetFrame() , die nicht zu sein scheint, was ich will (oder täusche ich mich?). Hat jemand Erfahrung mit diesem haben sie gemeinsam nutzen können?

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Ich fand dies klarer zu sein, wenn ich (im Wesentlichen) erweitert, was Python wurde hinter den Kulissen zu tun:

class IterObject():
    def __init__(self, max):
        self.max = max
    def __iter__(self):
        self.i = 0
        return self
    def next(self):
        if self.i >= self.max:
            raise StopIteration
        self.i += 1
        return self.i

class Sequence():
    def __init__(self, max):
        self.max = max
    def data(self):
        return IterObject(self.max)

Technisch ist die Sequenz, die durch eine aus, aber Sie bekommen die Idee.

Das einzige Problem dabei ist es sehr ärgerlich ist, ein neues Objekt erstellen ein jedes Mal einen Generator benötigt - noch mehr in Python als C wegen der erforderlichen Ungeheuerlichkeit, dass mit der Definition eine neue Art kommt. Und es kann keine yield Anweisung in C, da C keine Schließungen hat. Was ich stattdessen tat (da ich es nicht in dem Python-API finden konnte - bitte mich zu einem Standard-Objekt zeigen, wenn es bereits vorhanden ist!), Eine einfache, generische Generator Objektklasse wurde, dass ein zurückgerufen C-Funktion für jeden next() Methodenaufruf. Hier ist (beachten Sie, dass ich noch nicht versucht, diese Zusammenstellung, weil es nicht abgeschlossen ist - siehe unten):

#include <Python/Python.h>
#include <Python/structmember.h>
#include <stdlib.h>

/* A convenient, generic generator object. */

typedef PyObject *(*callback)(PyObject *callee, void *info) PyGeneratorCallback;

typedef struct {
    PyObject HEAD
    PyGeneratorCallback callback;
    PyObject *callee;
    void *callbackInfo; /* info to be passed along to callback function. */
    bool freeInfo; /* true if |callbackInfo| should be free'()d when object
                    * dealloc's, false if not. */
} GeneratorObject;

static PyObject *Generator_iter(PyObject *self, PyObject *args)
{
    Py_INCREF(self);
    return self;
}

static PyObject *Generator_next(PyObject *self, PyObject *args)
{
    return self->callback(self->callee, self->callbackInfo);
}

static PyMethodDef Generator_methods[] = {
    {"__iter__", (PyCFunction)Generator_iter, METH_NOARGS, NULL},
    {"next", (PyCFunction)Generator_next, METH_NOARGS, NULL},
    {NULL} /* Sentinel */
};

static void Generator_dealloc(GenericEventObject *self)
{
    if (self->freeInfo && self->callbackInfo != NULL) {
        free(self->callbackInfo);
    }
    self->ob_type->tp_free((PyObject *)self);
}

PyTypeObject Generator_Type = {
   PyObject_HEAD_INIT(NULL)
   0,                         /* ob_size */
   "Generator",               /* tp_name */
   sizeof(GeneratorObject),   /* tp_basicsize */
   0,                         /* tp_itemsize */
   Generator_dealloc,         /* tp_dealloc */
   0,                         /* tp_print */
   0,                         /* tp_getattr */
   0,                         /* tp_setattr */
   0,                         /* tp_compare */
   0,                         /* tp_repr */
   0,                         /* tp_as_number */
   0,                         /* tp_as_sequence */
   0,                         /* tp_as_mapping */
   0,                         /* tp_hash */
   0,                         /* tp_call */
   0,                         /* tp_str */
   0,                         /* tp_getattro */
   0,                         /* tp_setattro */
   0,                         /* tp_as_buffer */
   Py_TPFLAGS_DEFAULT | Py_TPFLAGS_BASETYPE, /* tp_flags*/
   0,                         /* tp_doc */
   0,                         /* tp_traverse */
   0,                         /* tp_clear */
   0,                         /* tp_richcompare */
   0,                         /* tp_weaklistoffset */
   0,                         /* tp_iter */
   0,                         /* tp_iternext */
   0,                         /* tp_methods */
   0,                         /* tp_members */
   0,                         /* tp_getset */
   0,                         /* tp_base */
   0,                         /* tp_dict */
   0,                         /* tp_descr_get */
   0,                         /* tp_descr_set */
   0,                         /* tp_dictoffset */
   0,                         /* tp_init */
   0,                         /* tp_alloc */
   PyType_GenericNew,         /* tp_new */
};

/* Returns a new generator object with the given callback function
 * and arguments. */
PyObject *Generator_New(PyObject *callee, void *info,
                        bool freeInfo, PyGeneratorCallback callback)
{
    GeneratorObject *generator = (GeneratorObject *)_PyObject_New(&Generator_Type);
    if (generator == NULL) return NULL;

    generator->callee = callee;
    generator->info = info;
    generator->callback = callback;
    self->freeInfo = freeInfo;

    return (PyObject *)generator;
}

/* End of Generator definition. */

/* Define a new object class, Sequence. */
typedef struct {
    PyObject_HEAD
    size_t max;
} SequenceObject;

/* Instance variables */
static PyMemberDef Sequence_members[] = {
    {"max", T_UINT, offsetof(SequenceObject, max), 0, NULL},
    {NULL} /* Sentinel */
}

static int Sequence_Init(SequenceObject *self, PyObject *args, PyObject *kwds)
{
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "k", &self->max)) {
        return -1;
    }
    return 0;
}

static PyObject *Sequence_data(SequenceObject *self, PyObject *args);

/* Methods */
static PyMethodDef Sequence_methods[] = {
    {"data", (PyCFunction)Sequence_data, METH_NOARGS,
     "sequence.data() -> iterator object\n"
     "Returns generator of range [0, sequence.max)."},
    {NULL} /* Sentinel */
};

/* Define new object type */
PyTypeObject Sequence_Type = {
   PyObject_HEAD_INIT(NULL)
   0,                         /* ob_size */
   "Sequence",                /* tp_name */
   sizeof(SequenceObject),    /* tp_basicsize */
   0,                         /* tp_itemsize */
   0,                         /* tp_dealloc */
   0,                         /* tp_print */
   0,                         /* tp_getattr */
   0,                         /* tp_setattr */
   0,                         /* tp_compare */
   0,                         /* tp_repr */
   0,                         /* tp_as_number */
   0,                         /* tp_as_sequence */
   0,                         /* tp_as_mapping */
   0,                         /* tp_hash */
   0,                         /* tp_call */
   0,                         /* tp_str */
   0,                         /* tp_getattro */
   0,                         /* tp_setattro */
   0,                         /* tp_as_buffer */
   Py_TPFLAGS_DEFAULT | Py_TPFLAGS_BASETYPE, /* tp_flags*/
   "Test generator object",   /* tp_doc */
   0,                         /* tp_traverse */
   0,                         /* tp_clear */
   0,                         /* tp_richcompare */
   0,                         /* tp_weaklistoffset */
   0,                         /* tp_iter */
   0,                         /* tp_iternext */
   0,                         /* tp_methods */
   Sequence_members,          /* tp_members */
   0,                         /* tp_getset */
   0,                         /* tp_base */
   0,                         /* tp_dict */
   0,                         /* tp_descr_get */
   0,                         /* tp_descr_set */
   0,                         /* tp_dictoffset */
   (initproc)Sequence_init,   /* tp_init */
   0,                         /* tp_alloc */
   PyType_GenericNew,         /* tp_new */
};

static PyObject *Sequence_data(SequenceObject *self, PyObject *args)
{
    size_t *info = malloc(sizeof(size_t));
    if (info == NULL) return NULL;
    *info = 0;

    /* |info| will be free'()d by the returned generator object. */
    GeneratorObject *ret = Generator_New(self, info, true,
                                         &Sequence_data_next_callback);
    if (ret == NULL) {
        free(info); /* Watch out for memory leaks! */
    }
    return ret;
}

PyObject *Sequence_data_next_callback(PyObject *self, void *info)
{
    size_t i = info;
    if (i > self->max) {
        return NULL; /* TODO: How do I raise StopIteration here? I can't seem to find
                      *       a standard exception. */
    } else {
        return Py_BuildValue("k", i++);
    }
}

Doch leider, ich bin noch nicht fertig. Die einzige Frage, die ich noch habe ist: Wie kann ich mit dem C-API eine StopIteration Ausnahme auslösen? Ich kann nicht scheinen zu finden, in dem Standard-Ausnahmen . Auch vielleicht noch wichtiger ist, ist dies der richtige Weg, um dieses Problem zu nähern?

Danke für jeden, der diese noch folgenden wird.

Answer 1

Im Folgenden ist eine einfache Implementierung des Moduls spam mit einer Funktion myiter(int) Rückkehr Iterator:

import spam
for i in spam.myiter(10):
    print i

drucken Zahlen von 0 bis 9.

Es ist einfacher, dann Ihr Fall zeigt aber wesentliche Punkte:. Definieren Objekt mit Standard __iter__() und next() Methoden und Iterator Verhalten der Umsetzung einschließlich Anhebung StopIteration bei Bedarf

In Ihrem Fall Iteratorobjekt muss Bezug auf Sequenz halten (so werden Sie deallocator Verfahren müssen für es Py_DECREF). Die Reihenfolge muss sich __iter()__ implementieren und einen Iterator im Inneren zu schaffen.

---

Struktur Zustand Iterator enthält. (In Ihrer Version anstelle von m, wäre es anhand Sequenz hat.)

typedef struct {
  PyObject_HEAD
  long int m;
  long int i;
} spam_MyIter;

Iterators __iter__() Methode. Es ist immer einfach wieder self. Es ermöglicht sowohl Iterator und Sammlung gleich behandelt werden in Konstrukten wie for ... in ....

PyObject* spam_MyIter_iter(PyObject *self)
{
  Py_INCREF(self);
  return self;
}

Die Umsetzung unserer Iteration. next() Methode

PyObject* spam_MyIter_iternext(PyObject *self)
{
  spam_MyIter *p = (spam_MyIter *)self;
  if (p->i < p->m) {
    PyObject *tmp = Py_BuildValue("l", p->i);
    (p->i)++;
    return tmp;
  } else {
    /* Raising of standard StopIteration exception with empty value. */
    PyErr_SetNone(PyExc_StopIteration);
    return NULL;
  }
}

Wir brauchen erweiterte Version von PyTypeObject Struktur Python zur Verfügung zu stellen Informationen über __iter__() und next(). Wir wollen, dass sie effizient aufgerufen werden, so dass keine namensbasierte Suche in Wörterbuch.

static PyTypeObject spam_MyIterType = {
    PyObject_HEAD_INIT(NULL)
    0,                         /*ob_size*/
    "spam._MyIter",            /*tp_name*/
    sizeof(spam_MyIter),       /*tp_basicsize*/
    0,                         /*tp_itemsize*/
    0,                         /*tp_dealloc*/
    0,                         /*tp_print*/
    0,                         /*tp_getattr*/
    0,                         /*tp_setattr*/
    0,                         /*tp_compare*/
    0,                         /*tp_repr*/
    0,                         /*tp_as_number*/
    0,                         /*tp_as_sequence*/
    0,                         /*tp_as_mapping*/
    0,                         /*tp_hash */
    0,                         /*tp_call*/
    0,                         /*tp_str*/
    0,                         /*tp_getattro*/
    0,                         /*tp_setattro*/
    0,                         /*tp_as_buffer*/
    Py_TPFLAGS_DEFAULT | Py_TPFLAGS_HAVE_ITER,
      /* tp_flags: Py_TPFLAGS_HAVE_ITER tells python to
         use tp_iter and tp_iternext fields. */
    "Internal myiter iterator object.",           /* tp_doc */
    0,  /* tp_traverse */
    0,  /* tp_clear */
    0,  /* tp_richcompare */
    0,  /* tp_weaklistoffset */
    spam_MyIter_iter,  /* tp_iter: __iter__() method */
    spam_MyIter_iternext  /* tp_iternext: next() method */
};

myiter(int) Funktion erstellt Iterator.

static PyObject *
spam_myiter(PyObject *self, PyObject *args)
{
  long int m;
  spam_MyIter *p;

  if (!PyArg_ParseTuple(args, "l", &m))  return NULL;

  /* I don't need python callable __init__() method for this iterator,
     so I'll simply allocate it as PyObject and initialize it by hand. */

  p = PyObject_New(spam_MyIter, &spam_MyIterType);
  if (!p) return NULL;

  /* I'm not sure if it's strictly necessary. */
  if (!PyObject_Init((PyObject *)p, &spam_MyIterType)) {
    Py_DECREF(p);
    return NULL;
  }

  p->m = m;
  p->i = 0;
  return (PyObject *)p;
}

Der Rest ist ziemlich langweilig ...

static PyMethodDef SpamMethods[] = {
    {"myiter",  spam_myiter, METH_VARARGS, "Iterate from i=0 while i<m."},
    {NULL, NULL, 0, NULL}        /* Sentinel */
};

PyMODINIT_FUNC
initspam(void)
{
  PyObject* m;

  spam_MyIterType.tp_new = PyType_GenericNew;
  if (PyType_Ready(&spam_MyIterType) < 0)  return;

  m = Py_InitModule("spam", SpamMethods);

  Py_INCREF(&spam_MyIterType);
  PyModule_AddObject(m, "_MyIter", (PyObject *)&spam_MyIterType);
}

Answer 2

In Sequence_data, müssen Sie entweder eine neue PyInt Instanz zurückgeben oder eine StopIteration Ausnahme auslösen, die den Code außerhalb sagt, dass es keine Werte mehr. Siehe PEP 255 für Details und 9.10 Generatoren .

Siehe Iterator-Protokoll für Hilfsfunktionen in dem Python / C API.