如何确定用于声明PyObject实例布局的struct？

Question

我在C++中编写Python 3扩展，我想找到一种方法来检查^ {< CD1>}是否与定义其实例布局的类型（Stult）有关。我只对静态大小PyObject感兴趣，而不是{}。实例布局由具有某些定义良好的布局的结构定义：强制的PyObject头和（可选）用户定义成员。在

下面是基于众所周知的Noddy example in Defining New Types扩展的PyObject示例：

// Noddy struct specifies PyObject instance layout
struct Noddy {
    PyObject_HEAD
    int number;
};

// type object corresponding to Noddy instance layout
PyTypeObject NoddyType = {
    PyObject_HEAD_INIT(NULL)
    0,                         /*ob_size*/
    "noddy.Noddy",             /*tp_name*/
    sizeof(Noddy),             /*tp_basicsize*/
    0,                         /*tp_itemsize*/
    ...
    Noddy_new,                 /* tp_new */
};

请注意，Noddy是一种类型，一个编译时实体， 但是NoddyType是运行时内存中的一个对象。 Noddy和{}之间唯一明显的关系似乎是 存储在tp_basicsize成员中的sizeof(Noddy)的值。在

Python中实现的手写继承指定了允许在PyObject和用于声明该特定PyObject的实例布局的类型之间转换的规则：

^{pr2}$

在类似于各种slot函数的情况下，可以安全地假设“Python对象是一个Noddy”并在不进行任何检查的情况下进行强制转换。 然而，有时需要在其他情况下施展，然后感觉像是盲目的转换：

void foo(PyObject* obj)
{
    // How to perform safety checks?
    Noddy* noddy = reinterpret_cast<Noddy*>(obj);
    ...
}

可以检查sizeof(Noddy) == Py_TYPE(obj)->tp_basicsize，但由于以下原因，它是不够的解决方案：

1）如果用户将从Noddy派生

class BabyNoddy(Noddy):
    pass

并且obj中的obj指向BabyNoddy的实例，Py_TYPE(obj)->tp_basicsize是不同的。 但是，仍然可以安全地强制转换到reinterpret_cast<Noddy*>(obj)以获取指向实例布局部分的指针。在

2）可以有其他结构声明与Noddy大小相同的实例布局：

struct NeverSeenNoddy {
    PyObject_HEAD
    short word1;
    short word2;
};

事实上，C语言级别的NeverSeenNoddy结构与NoddyType类型的对象兼容，它可以放入NoddyType。所以，演员阵容可以很好。在

所以，我的大问题是：

是否有任何Python策略可用于确定PyObject是否与Noddy实例布局兼容？在

有什么方法可以检查PyObject*是否指向嵌入在Noddy中的对象部分？在

如果不是策略，是否有黑客攻击的可能？在

编辑：有几个问题看起来很相似，但在我看来，它们与我所问的不同。例如：Accessing the underlying struct of a PyObject

编辑2：为了理解我为什么把斯文·马纳赫的回答作为答案，请看下面的评论。在

Answer 1

在Python中，可以通过使用测试isinstance(obj, Noddy)来检查obj是Noddy类型还是派生类型。在C-API中测试某个PyObject *obj是NoddyType类型还是派生类型基本相同，可以使用^{}：

PyObject_IsInstance(obj, &NoddyType)

至于你的第二个问题，没有办法做到这一点，如果你认为你需要这个，你的设计有严重的缺点。最好首先从NoddyType派生NeverSeenNoddyType，然后上面的检查也会将派生类型的对象识别为NoddyType的实例。在

Answer 2

因为每个对象都以PyObject_HEAD开头，所以访问这个头定义的字段总是安全的。其中一个字段是ob_type（通常使用Py_TYPE宏访问）。如果这指向NoddyType或从NoddyType派生的任何其他类型（这是PyObject_IsInstance告诉您的），那么您可以假定对象的布局是struct Noddy。在

换句话说，如果对象的Py_TYPE指向NoddyType或其任何子类，则该对象与Noddy实例布局兼容。在

在第二个问题中，演员阵容不好。Noddy和{}的布局不同，即使大小可能相同。在

假设NeverSeenNoddy是NeverSeenNoddy_Type类型的布局，如果PyObject_IsInstance(obj, &NeverSeenNoddy_Type)为false，则不应强制转换为NeverSeenNoddy。在

如果希望有两个具有公共字段的C级类型，则应该从实例布局中只有公共字段的公共基派生这两个类型。在

然后，子类型应在其布局顶部包含基础布局：

struct SubNoddy {
    // No PyObject_HEAD because it's already in Noddy
    Noddy noddy;
    int extra_field;
};

然后，如果PyObject_IsInstance(obj, &SubNoddy_Type)返回true，则可以强制转换到SubNoddy并访问extra_field字段。 如果PyObject_IsInstance(obj, &Noddy_Type)返回true，则可以转换为Noddy并访问公共字段。在