PyObject の基礎¶

話すこと¶

C で OOP を作るには?
- そもそも OOP って?
- C ではどうするの?
- Python ではどうしてるの?

お前, 誰よ?¶

@cocoatomo
B2B の基幹業務パッケージを作る会社
- 研究開発部門みたいなとこ
- 普段は Java 使い
Python との出会い: 仕事で Jython
Python document の翻訳やってます
- http://code.google.com/p/python-doc-ja/

OOP って?¶

ここでは「データと処理を近いところに集めたもの」くらいの定義

.oO (宗教論争は懇親会で…… :P

Wikipedia (en) では¶

こんな感じらしいっす.

Dynamic dispatch (switching implementation)
Encapsulation
Subtype polymorphism
Object inheritance (or delegation)
Open recursion (“this” or “self”)

追加の特徴らしいっす¶

Classes of objects
Instances of classes
Methods
Message passing
Abstraction

c.f. http://en.wikipedia.org/wiki/Object-oriented_programming#Fundamental_concepts_and_features

C での OOP は...¶

クラス (型): 構造体
インスタンス: 構造体オブジェクト
フィールド: 構造体のメンバー
メソッド: 構造体のメンバー (関数ポインタ)

→ 何はともあれ例をば...

クラス定義¶

Python で書いたこんなクラス

class Rect(object):
    def __init__(self):
        self.height = 0
        self.width = 0

    def rotate(self):
        self.height, self.width = \
            self.width, self.height

クラス定義¶

C だとまず構造体を書く

struct rect {
    int height;
    int width;
    void (*rotate)(struct rect *);
};

→ 次はメソッド定義

メソッド定義¶

void rect_init(struct rect *self)
{
    self->height = 0;
    self->width = 0;
    self->rotate = *rect_rotate;
}

void rect_rotate(struct rect *self)
{
    int tmp = self->height;
    self->height = self->width;
    self->width = tmp;
}

クラスの使用 (Python)¶

クラスを使う側のコードはこんな感じ

rect = Rect()
rect.height = 3
rect.width = 4

print('height: {0.height}, width: {0.width}'.format(rect))
rect.rotate()
print('height: {0.height}, width: {0.width}'.format(rect))

クラスの使用 (C)¶

C だとこんな感じ

int main(void)
{
    struct rect r;
    rect_init(&r);
    r.height = 3;
    r.width = 4;

    printf("height: %d, width: %d\n", r.height, r.width);
    r.rotate(&r);
    printf("height: %d, width: %d\n", r.height, r.width);
    return 0;
}

C での OOP の特徴¶

name mangling: rect_*
関数の第 1 引数は self
これはまさに ADT (Abstract Data Type)

完全なソースコードはここにあります.

https://gist.github.com/972194

OOP になっているの?¶

さっき挙げた10個の特徴は C で実現できてるの?

→ 1つ1つ順に見ていく

OOP になっているの? その1¶

Dynamic dispatch

→ C では無理
Encapsulation

→ ヘッダファイルと static function で file scope を実現

OOP になっているの? その2¶

Subtype polymorphism

→ dynamic dispatch が無いので無理
Object inheritance

→ 構造体で Decorator パターン (後で詳しく)

OOP になっているの? その3¶

Open recursion

→ 関数の第 1 引数を this や self にして自分自身を入れるルールにする. あれ? どこかで……
Classes of objects

→ 構造体

OOP になっているの? その4¶

Instances of classes

→ 構造体オブジェクト
Methods

→ 構造体メンバー (関数ポインタ)

OOP になっているの? その5¶

Message passing

→ 無し
Abstraction

→ 継承で実現

ということで継承を詳しく見よう. 継承は入れ子になった構造体を上手く利用している.

構造体の構造¶

こんな構造体があったら

struct int_long {
    int a;
    long b
};

メモリ配置¶

メモリ配置はだいたいこんな感じ

 <--- struct int_long --->
+--------+----------------+
|<- a -->|<----- b ------>|
+--------+----------------+
 <-int -> <--- long ----->

キャストで継承¶

C にはキャストという仕組みがある.

構造体で使うと, コンパイラに渡すメモリ配置の情報を変更する.

COB... と似ているわけだが……

キャストの例¶

struct base {
        int basic_field;
};

struct extended {
        struct base base;
        int extended_field;
};

int main(void)
{
    struct base *base_obj;
    struct extended *obj = malloc(sizeof(struct extended));

    // 省略...

    base_obj = (struct base *) obj;
}

何が起きているか?¶

 <---------- struct extended -------->
 <- struct base ->
+-----------------+--------------------+
|<- basic_field ->|<- extended_field ->|
+-----------------+--------------------+
 ↓
CAST (struct base *)
 ↓
 <- struct base ->
+-----------------+
|<- basic_field ->|
+-----------------+

ソースコード¶

完全なソースコードはここにあります. https://gist.github.com/972214

PyObject¶

基底クラスを見ていこう.

/* Include/object.h */

/* 実際には PyObject の中には何も無いが,
 * 全ての Python オブジェクトへのポインタは
 * PyObject* にキャストできる.
 * これは手作業による継承だ.
 * 同様に不定サイズを持つ
 * Python オブジェクトへのポインタは
 * PyVarObject* にキャストできる.
 */
typedef struct _object {

PyObject¶

定義はこんな感じ.

typedef struct _object {
    _PyObject_HEAD_EXTRA
    Py_ssize_t ob_refcnt; // 参照カウンタ用
    struct _typeobject *ob_type; // メソッドの塊
} PyObject;

PyTypeObject¶

メソッド部分はどうなってるのか?

/* Include/object.h */
typedef void (*destructor)(PyObject *);
typedef int (*printfunc)(PyObject *, FILE *, int);

// メソッドの塊
typedef struct _typeobject {
   /* Methods to implement standard operations */

   destructor tp_dealloc;
   printfunc tp_print;
   // 以下続く...
} PyTypeObject;

具体例をば¶

dict の実装を見て行く

/* Include/object.h */
/* PyObject_HEAD defines the initial segment of every PyObject. */
#define PyObject_HEAD PyObject ob_base;

/* Include/dictobject.h */
// dict 型の定義
typedef struct _dictobject PyDictObject;
struct _dictobject {
    PyObject_HEAD // この中に PyTypeObject がある
    // dict 独自のメンバー ...
};

dict のメソッド¶

/* dictobject.c */
PyTypeObject PyDict_Type = {
    // dict 用のメソッドがたくさん...
    mapp_methods, /* tp_methods */
    // ...
};

PyObject *
PyDict_New(void)
{
    // PyDict_Type を使ってオブジェクトを作っている...
    mp = PyObject_GC_New(PyDictObject, &PyDict_Type);
    // ...
}

PyObject_GC_New¶

/* Include/objimpl.h */
#define PyObject_GC_New(type, typeobj) \
                ( (type *) _PyObject_GC_New(typeobj) )

/* Module/gcmodule.c */
// ようやくそれっぽいところに
PyObject *
_PyObject_GC_New(PyTypeObject *tp)
{
    PyObject *op = _PyObject_GC_Malloc(_PyObject_SIZE(tp));
    if (op != NULL) // 型情報を使って初期化
        op = PyObject_INIT(op, tp);
    return op;
}

PyObject_Init¶

/* Objects/object.c */
PyObject *
PyObject_Init(PyObject *op, PyTypeObject *tp)
{
    if (op == NULL)
        return PyErr_NoMemory();
    /* Any changes should be reflected in PyObject_INIT (objimpl.h) */
    Py_TYPE(op) = tp; // 型情報を代入している!
    _Py_NewReference(op);
    return op;
}

/* Include/object.h */
#define Py_TYPE(ob) (((PyObject*)(ob))->ob_type)

呼び出すときは?¶

/* Objects/abstract.c */
// __getitem__ の実装
PyObject *
PyObject_GetItem(PyObject *o, PyObject *key)
{
    PyMappingMethods *m;
    // ...

    m = o->ob_type->tp_as_mapping;
    if (m && m->mp_subscript)
        return m->mp_subscript(o, key);
    // ...
}

まとめると¶

メソッドの塊 PyDict_Type を定義して, それを PyObject に入れて dict オブジェクトを作っている.

全体のまとめ¶

C でも頑張れば OOP できる!! (実態は ADT の延長だけど)
Python は OOP を C で綺麗に実現している.

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OOP って?¶

Wikipedia (en) では¶

追加の特徴らしいっす¶

C での OOP は...¶

クラス定義¶

クラス定義¶

メソッド定義¶

クラスの使用 (Python)¶

クラスの使用 (C)¶

C での OOP の特徴¶

OOP になっているの?¶

OOP になっているの? その1¶

OOP になっているの? その2¶

OOP になっているの? その3¶

OOP になっているの? その4¶

OOP になっているの? その5¶

構造体の構造¶

メモリ配置¶

キャストで継承¶

キャストの例¶

何が起きているか?¶

ソースコード¶

PyObject¶

PyObject¶

PyTypeObject¶

具体例をば¶

dict のメソッド¶

PyObject_GC_New¶

PyObject_Init¶

呼び出すときは?¶

まとめると¶

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