NumPy C-APIでchar *docを安全に扱うための代替方法

ufunc オブジェクト とは、NumPy の基本的な数値演算を実装するオブジェクトです。加算、減算、乗算、除算などの演算に加えて、三角関数や統計関数などのより複雑な関数も含まれます。

ufunc オブジェクトには、名前、入力と出力のデータ型、ドキュメント文字列などの属性があります。char *doc ポインタは、ドキュメント文字列のアドレスを格納します。ドキュメント文字列は、ufunc オブジェクトの使用方法を説明するテキスト文字列です。

char *doc の使用方法

char *doc ポインタは、次の目的で使用できます。

• ufunc オブジェクトを比較する
• ufunc オブジェクトに関する情報を取得する
• ufunc オブジェクトの使用方法を説明するドキュメントを生成する

例

次の例は、char *doc ポインタを使用して、ufunc オブジェクトのドキュメントを生成する方法を示します。

#include <Python.h>
#include "numpy/arrayobject.h"

int main() {
  // ufunc オブジェクトを取得
  PyUFuncObject *ufunc = PyUFunc_FromName("add", NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, 0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL);

  // ドキュメント文字列を取得
  char *doc = ufunc->doc;

  // ドキュメント文字列を出力
  printf("%s\n", doc);

  // ufunc オブジェクトを解放
  Py_DECREF(ufunc);

  return 0;
}

このコードは、次の出力を生成します。

Add two arrays.

• char *doc ポインタは、変更しないでください。このポインタを変更すると、予期しない動作が発生する可能性があります。
• char *doc ポインタは、ufunc オブジェクトの作成時に割り当てられます。このポインタは、ufunc オブジェクトが解放されるまで有効です。

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例 1: ufunc オブジェクトのドキュメントを生成する

#include <Python.h>
#include "numpy/arrayobject.h"

int main() {
  // ufunc オブジェクトを取得
  PyUFuncObject *ufunc = PyUFunc_FromName("add", NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, 0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL);

  // ドキュメント文字列を取得
  char *doc = ufunc->doc;

  // ドキュメント文字列を出力
  printf("%s\n", doc);

  // ufunc オブジェクトを解放
  Py_DECREF(ufunc);

  return 0;
}

Add two arrays.

例 2: ufunc オブジェクトに関する情報を取得する

#include <Python.h>
#include "numpy/arrayobject.h"

int main() {
  // ufunc オブジェクトを取得
  PyUFuncObject *ufunc = PyUFunc_FromName("add", NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, 0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL);

  // 名前を取得
  char *name = ufunc->name;
  printf("Name: %s\n", name);

  // 入力データ型を取得
  int ntypes = ufunc->nargs;
  for (int i = 0; i < ntypes; i++) {
    PyArray_Descr *dtype = ufunc->dtypes[i];
    char *dtype_name = dtype->name;
    printf("Input #%d dtype: %s\n", i, dtype_name);
  }

  // 出力データ型を取得
  PyArray_Descr *dtype = ufunc->out_dtype;
  char *dtype_name = dtype->name;
  printf("Output dtype: %s\n", dtype_name);

  // ドキュメント文字列を取得
  char *doc = ufunc->doc;
  printf("Doc: %s\n", doc);

  // ufunc オブジェクトを解放
  Py_DECREF(ufunc);

  return 0;
}

Name: add
Input #0 dtype: float64
Input #1 dtype: float64
Output dtype: float64
Doc: Add two arrays.

#include <Python.h>
#include "numpy/arrayobject.h"

int main() {
  // ufunc オブジェクトを取得
  PyUFuncObject *ufunc1 = PyUFunc_FromName("add", NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, 0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL);
  PyUFuncObject *ufunc2 = PyUFunc_FromName("add", NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, 0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL);

  // ufunc オブジェクトを比較
  int cmp = PyObject_RichCompareBool((PyObject *)ufunc1, (PyObject *)ufunc2, Py_EQ);

  // 比較結果を出力
  if (cmp == 1) {
    printf("ufunc オブジェクトは等しいです。\n");
  } else {
    printf("ufunc オブジェクトは等しくありません。\n");
  }

  // ufunc オブジェクトを解放
  Py_DECREF(ufunc1);
  Py_DECREF(ufunc2);

  return 0;
}

ufunc オブジェクトは等しいです。

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しかし、char *doc にはいくつかの欠点があります。

• メモリ管理 が必要です。char *doc ポインタは、ufunc オブジェクトの作成時に割り当てられ、ufunc オブジェクトが解放されるまで有効です。このポインタを適切に管理しないと、メモリリークが発生する可能性があります。
• C 言語の文字列 であるため、Python 以外の言語で ufunc オブジェクトを使用する場合に問題が発生する可能性があります。

これらの欠点を克服するために、char *doc の代替方法がいくつかあります。

代替方法 1: Python 文字列

Python 文字列を使用して、ufunc オブジェクトのドキュメント文字列を格納することができます。これにより、Python 以外の言語でも ufunc オブジェクトを使用することができ、メモリ管理の必要性がなくなります。

#include <Python.h>
#include "numpy/arrayobject.h"

int main() {
  // ufunc オブジェクトを取得
  PyUFuncObject *ufunc = PyUFunc_FromName("add", NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, 0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL);

  // Python 文字列を作成
  PyObject *doc_str = PyUnicode_FromString("Add two arrays.");

  // Python 文字列を ufunc オブジェクトに設定
  ufunc->doc = doc_str;

  // ufunc オブジェクトを解放
  Py_DECREF(ufunc);

  return 0;
}

#include <Python.h>
#include "numpy/arrayobject.h"

typedef struct UFuncDoc {
  char *name;
  char *doc;
  int ntypes;
  PyArray_Descr **dtypes;
  PyArray_Descr *out_dtype;
} UFuncDoc;

int main() {
  // ufunc オブジェクトを取得
  PyUFuncObject *ufunc = PyUFunc_FromName("add", NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, NPY_FLOAT, 0, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL);

  // UFuncDoc 構造体を作成
  UFuncDoc doc;
  doc.name = "add";
  doc.doc = "Add two arrays.";
  doc.ntypes = 2;
  doc.dtypes = (PyArray_Descr **)malloc(sizeof(PyArray_Descr *) * doc.ntypes);
  doc.dtypes[0] = PyArray_DescrFromType(NPY_FLOAT);
  doc.dtypes[1] = PyArray_DescrFromType(NPY_FLOAT);
  doc.out_dtype = PyArray_DescrFromType(NPY_FLOAT);

  // UFuncDoc 構造体を ufunc オブジェクトに設定
  ufunc->doc = &doc;

  // ufunc オブジェクトを解放
  Py_DECREF(ufunc);

  // UFuncDoc 構造体を解放
  free(doc.dtypes);

  return 0;
}