如何从 C 扩展定义 Python 元类？

问题描述

在纯 Python 中，定义和使用元类相对简单。

class Meta(type):
    def __new__(cls,name,bases,dict):
        x = super().__new__(cls,dict)
        print("I'm called on class construction time!")
        return x

class A(Metaclass=Meta):
    pass

class B(A):
    pass

你如何从 Python C 扩展定义这个元类？

解决方法

• 将元类定义为 tp_base 的子类 (PyType_Type)
• 将 __new__ 逻辑放在 tp_init 中
• 通过在 PyVarObject_HEAD_INIT 中引用元类在其他类中使用它

#include <Python.h>
#include <iostream>

struct foometa {
  PyTypeObject head;
};

int foometa_init(foometa *cls,PyObject *args,PyObject *kwargs) {
  if (PyType_Type.tp_init((PyObject*)cls,args,kwargs) < 0) {
    return -1;
  }
  std::cerr << "I'm called on class construction time!\n";
  return 0;
}

#define DEFERRED_ADDRESS(ADDR) nullptr

static PyTypeObject foometa_type = {
    PyVarObject_HEAD_INIT(DEFERRED_ADDRESS(&PyType_Type),0)
    "demo.foometa",/* tp_dealloc */
    0,/* tp_print */
    0,/* tp_getattr */
    0,/* tp_setattr */
    0,/* tp_reserved */
    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 */
    DEFERRED_ADDRESS(&PyType_Type),/* tp_base */
    0,/* tp_dict */
    0,/* tp_descr_get */
    0,/* tp_descr_set */
    0,/* tp_dictoffset */
    (initproc)foometa_init,/* tp_init */
    0,/* tp_alloc */
    0                                           /* tp_new */
};

PyObject *fooparent_new(PyTypeObject *type,PyObject *kwds)
{
  PyObject* obj = type->tp_alloc(type,0);
  return obj;
}

static PyTypeObject fooparent_type = {
    PyVarObject_HEAD_INIT(&foometa_type,0)
    "demo.fooparent",sizeof(PyObject),/* tp_getset */
    0,/* tp_dictoffset */
    0,/* tp_alloc */
    fooparent_new                                           /* tp_new */
};

int
demo_init(PyObject *m) {
  foometa_type.tp_base = &PyType_Type;
  if (PyType_Ready(&foometa_type) < 0) {
    return -1;
  }
  if (PyType_Ready(&fooparent_type) < 0) {
    return -1;
  }

  Py_INCREF(&foometa_type);
  if (PyModule_AddObject(m,"foometa",(PyObject *) &foometa_type) < 0)
      return -1;

  Py_INCREF(&fooparent_type);
  if (PyModule_AddObject(m,"fooparent",(PyObject *) &fooparent_type) < 0)
      return -1;
  return 0;
}

static PyModuleDef demomodule = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT,"demo","Example module",-1,NULL,NULL
};

PyMODINIT_FUNC
PyInit_demo() {
  PyObject* m = PyModule_Create(&demomodule);
  if (m == nullptr) return nullptr;
  if (demo_init(m) < 0) return nullptr;
  return m;
}

可在 https://github.com/ezyang/cpython-metaclass 处运行的完整示例