Question

我正在用C ++编写Python 3扩展，我试图找到一种方法来检查PyObject是否与定义其实例布局的类型（结构）相关。我只对静态大小PyObject感兴趣，而不是PyVarObject。实例布局由具有某些明确定义的布局的结构定义：强制PyObject标头和（可选）用户定义的成员。

以下是基于众所周知的Noddy example in Defining New Types的PyObject扩展示例：

// 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 */
};

重要的是要注意Noddy是一个类型，一个编译时实体，但NoddyType是运行时存在于内存中的对象。 Noddy和NoddyType之间唯一明显的关系似乎是存储在sizeof(Noddy)成员中的tp_basicsize的值。

在Python中实现的手写继承指定允许在PyObject和用于声明特定PyObject的实例布局的类型之间强制转换的规则：

PyObject* Noddy_new(PyTypeObject *type, PyObject *args, PyObject *kwds)
{
    // When a Python object is a Noddy instance,
    // its PyObject* pointer can be safely cast to Noddy
    Noddy *self = reinterpret_cast<Noddy*>(type->tp_alloc(type, 0));

    self->number = 0; // initialise Noddy members

    return reinterpret_cast<PyObject*>(self);
}

在各种插槽功能的情况下，可以安全地假设“Python对象是Noddy”并且在没有任何检查的情况下进行投射。但是，有时候有必要在其他情况下进行投射，那么感觉就像盲目转换：

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，解决方案不足

1）如果用户派生自Noddy

class BabyNoddy(Noddy):
    pass

和obj中的foo指向BabyNoddy的实例，Py_TYPE(obj)->tp_basicsize是不同的。但是，转换为reinterpret_cast<Noddy*>(obj)以获取指向实例布局部分的指针仍然是安全的。

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NeverSeenNoddy结构与NoddyType类型对象兼容 - 它可以适合NoddyType。所以，施法可能非常好。

所以，我的大问题是：

是否有任何Python政策可用于确定PyObject是否与Noddy实例布局兼容？

检查PyObject*是否指向Noddy中嵌入的对象部分的任何方法？

如果不是政策，是否有可能进行黑客攻击？

编辑：有几个问题似乎相似，但在我看来，它们与我提出的问题不同。例如：Accessing the underlying struct of a PyObject

EDIT2：为了理解为什么我将Sven Marnach的回答标记为答案，请参阅下面的评论答案。

Answer 1

在Python中，您可以使用测试obj检查Noddy是isinstance(obj, Noddy)类型还是派生类型。 C-API中的一些PyObject *obj类型NoddyType或派生类型的测试基本相同，您使用PyObject_IsInstance()：

PyObject_IsInstance(obj, &NoddyType)

关于你的第二个问题，没有办法实现这一点，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NeverSeenNoddyType派生NoddyType - 然后上面的检查也会将派生类型的对象识别为NoddyType的实例。

Answer 2

因为每个对象都以PyObject_HEAD开头，所以访问此标头定义的字段始终是安全的。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（PyObject_IsInstance告诉您的那个），那么您可以假设对象的布局是struct Noddy的布局。 / p>

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

在第二个问题中，演员阵容不会很好。 Noddy和NeverSeenNoddy的布局不同，即使尺寸可能相同。

假设NeverSeenNoddy是NeverSeenNoddy_Type类型的布局，如果NeverSeenNoddy为假，则不应转发PyObject_IsInstance(obj, &NeverSeenNoddy_Type)。

如果您想要两个具有公共字段的C级类型，则应该从公共基础派生这两种类型，这些类型在实例布局中只有公共字段。

然后，子类型应在其布局顶部包含基本布局：

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，您可以转换为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。

如何确定用于声明PyObject实例布局的struct？

2 个答案: