如何在 Python C-API 中动态创建派生类型

假设我们有类型Noddy如定义在为 Python 编写 C 扩展模块的教程 http://docs.python.org/extending/newtypes.html#adding-data-and-methods-to-the-basic-example。现在我们要创建一个派生类型，仅覆盖__new__()的方法Noddy.

目前我使用以下方法（为了可读性而删除错误检查）：

PyTypeObject *BrownNoddyType =
    (PyTypeObject *)PyType_Type.tp_alloc(&PyType_Type, 0);
BrownNoddyType->tp_flags = Py_TPFLAGS_DEFAULT | Py_TPFLAGS_BASETYPE;
BrownNoddyType->tp_name = "noddy.BrownNoddy";
BrownNoddyType->tp_doc = "BrownNoddy objects";
BrownNoddyType->tp_base = &NoddyType;
BrownNoddyType->tp_new = BrownNoddy_new;
PyType_Ready(BrownNoddyType);

这可行，但我不确定这是否是正确的方法。我原以为我必须设置Py_TPFLAGS_HEAPTYPE http://docs.python.org/c-api/typeobj.html#Py_TPFLAGS_HEAPTYPE标志，因为我在堆上动态分配类型对象，但这样做会导致解释器中出现段错误。

我也考虑过明确调用type() using PyObject_Call()或类似的，但我放弃了这个想法。我需要包装该函数BrownNoddy_new()在 Python 函数对象中并创建字典映射__new__对于这个函数对象，这看起来很愚蠢。

解决这个问题的最佳方法是什么？我的做法正确吗？是否有我错过的接口功能？

Update

python-dev 邮件列表上有两个关于相关主题的线程(1) http://mail.python.org/pipermail/python-dev/2009-July/090875.html (2) http://mail.python.org/pipermail/python-dev/2009-August/091192.html。从这些线程和一些实验中，我推断我不应该设置Py_TPFLAGS_HEAPTYPE除非该类型是通过调用分配的type()。这些线程中有不同的建议，是手动分配类型更好还是调用type()。如果我知道包装 C 函数的推荐方法是什么，我会对后者感到满意。tp_new斯槽群岛对于常规方法，这一步很简单——我可以使用PyDescr_NewMethod() http://docs.python.org/c-api/descriptor.html#PyDescr_NewMethod获得合适的包装对象。我不知道如何为我的对象创建这样的包装对象__new__()不过，方法——也许我需要未记录的函数PyCFunction_New()创建这样一个包装对象。

当我修改扩展以与Python 3兼容时，我遇到了同样的问题，并在尝试解决它时找到了这个页面。

我最终通过阅读Python解释器的源代码解决了这个问题，PEP 0384 https://www.python.org/dev/peps/pep-0384/以及文档C-API https://docs.python.org/3/c-api/type.html?highlight=pytype_fromspec.

设置Py_TPFLAGS_HEAPTYPEflag 告诉口译员重铸你的PyTypeObject as PyHeapTypeObject，其中包含也必须分配的其他成员。在某些时候，解释器会尝试引用这些额外的成员，如果您不分配它们，则会导致段错误。

Python 3.2 引入了 C 结构PyType_Slot and PyType_Spec和 C 函数PyType_FromSpec简化动态类型的创建。简而言之，您使用PyType_Slot and PyType_Spec指定tp_*的成员PyTypeObject然后打电话PyType_FromSpec完成分配和初始化内存的脏活。

从 PEP 0384 开始，我们有：

typedef struct{
  int slot;    /* slot id, see below */
  void *pfunc; /* function pointer */
} PyType_Slot;

typedef struct{
  const char* name;
  int basicsize;
  int itemsize;
  int flags;
  PyType_Slot *slots; /* terminated by slot==0. */
} PyType_Spec;

PyObject* PyType_FromSpec(PyType_Spec*);

（以上内容并非 PEP 0384 的原版，其中还包括const char *doc作为成员PyType_Spec。但该成员没有出现在源代码中。）

要在原始示例中使用这些，假设我们有一个 C 结构，BrownNoddy，扩展基类的 C 结构Noddy。那么我们就会：

PyType_Slot slots[] = {
    { Py_tp_doc, "BrownNoddy objects" },
    { Py_tp_base, &NoddyType },
    { Py_tp_new, BrownNoddy_new },
    { 0 },
};
PyType_Spec spec = { "noddy.BrownNoddy", sizeof(BrownNoddy), 0,
                      Py_TPFLAGS_DEFAULT | Py_TPFLAGS_BASETYPE, slots };
PyTypeObject *BrownNoddyType = (PyTypeObject *)PyType_FromSpec(&spec);

这应该完成原始代码中的所有操作，包括调用PyType_Ready，加上创建动态类型所需的内容，包括设置Py_TPFLAGS_HEAPTYPE，并分配和初始化额外的内存PyHeapTypeObject.

我希望这有帮助。