Python C APIでジェネレーター/イテレーターを作成する方法は？

https://stackoverflow.com/questions/1815812

08-07-2019
|

質問

Python C APIを使用して次のPythonコードを複製するにはどうすればよいですか

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

これまでのところ、これがあります：

#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? */
}

しかし、次にどこに行くべきかわかりません。誰でもいくつかの提案を提供できますか？

編集

これに関する主な問題は、 yield ステートメントのシミュレーションにあると思います。私が理解しているように、それは非常にシンプルに見えますが、実際には複雑なステートメントです。独自の __ iter __（）および next（）でジェネレーターを作成します自動的に呼び出されるメソッド。ドキュメントを検索すると、 PyGenObject に関連付けられているようです。ただし、このオブジェクトの新しいインスタンスを作成する方法は不明です。 PyGen_New（）は引数として PyFrameObject を取り、私が見つけることができる唯一の参照は PyEval_GetFrame（） 、これは私が望むものではないようです（または間違っていますか？）。誰もがこれを共有できる経験がありますか？

さらに編集

私は（基本的に）Pythonが舞台裏でやっていることを拡張したときに、これがより明確であることがわかりました：

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)

技術的にはシーケンスは1つずれていますが、アイデアは得られます。

これに関する唯一の問題は、ジェネレーターが必要になるたびに新しいオブジェクトを作成するのは非常に迷惑なことです。新しいタイプの定義に伴う怪物が必要なため、PythonではCよりもさらにそうです。また、Cにはクロージャーがないため、Cには yield ステートメントはありません。私が代わりにしたことは（Python APIで見つからなかったためです。既に存在する場合は標準オブジェクトを指定してください。を参照してください！） next（）メソッド呼び出しごとにC関数を戻します。ここにあります（完全ではないため、これをコンパイルしようとしていないことに注意してください。以下を参照してください）：

#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++);
    }
}

しかし、残念ながら、私はまだ終わっていません。私が残した唯一の質問は、C APIで StopIteration 例外を発生させるにはどうすればよいですか？標準の例外にリストされていないようです。。また、おそらくより重要なことは、これがこの問題に取り組む正しい方法ですか？

これをフォローしているすべての人に感謝します。

解決

以下は、イテレータを返す1つの関数 myiter（int）を持つモジュール spam の単純な実装です。

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

0〜9の数字を印刷します。

それはあなたの場合よりも簡単ですが、主なポイントを示しています：標準の __ iter __（）および next（）メソッドでオブジェクトを定義し、を上げることを含むイテレータ動作を実装します必要に応じてStopIteration 。

あなたの場合、イテレータオブジェクトはSequenceへの参照を保持する必要があります（そのため、Py_DECREFにデアロケータメソッドが必要になります）。シーケンス自体は、 __ iter（）__ を実装し、その内部にイテレータを作成する必要があります。

イテレータの状態を含む構造。（mではなくバージョンでは、シーケンスへの参照があります。）

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

イテレータの __ iter __（）メソッド。常に単に self を返します。イテレータとコレクションの両方を同じように扱うことができます for ... in ... のような構造で。

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

反復の実装： next（）メソッド。

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;
  }
}

Pythonに以下を提供するには、 PyTypeObject 構造の拡張バージョンが必要です。 __ iter __（）および next（）に関する情報。効率的に呼び出されるようにするため、名前ベースの辞書検索は行わないでください。

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）関数はイテレーターを作成します。

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;
}

残りは退屈です...

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);
}

他のヒント

Sequence_data では、新しいPyIntインスタンスを返すか、値がもうないことを外部のコードに伝える StopIteration 例外をスローする必要があります。詳細については PEP 255 を、 9.10ジェネレーター。

Python / C APIのヘルパー関数については、イテレータプロトコルを参照してください。

ライセンス： CC-BY-SA と帰属

所属していません StackOverflow