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  • Committer: Dave Kuhlman
  • Date: 2017-04-15 16:24:56 UTC
  • Revision ID: dkuhlman@davekuhlman.org-20170415162456-iav9vozzg4iwqwv3
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Lines of Context:
 
1
.. highlightlang:: c
 
2
 
 
3
 
 
4
.. _api-intro:
 
5
 
 
6
************
 
7
Introduction
 
8
************
 
9
 
 
10
The Application Programmer's Interface to Python gives C and C++ programmers
 
11
access to the Python interpreter at a variety of levels.  The API is equally
 
12
usable from C++, but for brevity it is generally referred to as the Python/C
 
13
API.  There are two fundamentally different reasons for using the Python/C API.
 
14
The first reason is to write *extension modules* for specific purposes; these
 
15
are C modules that extend the Python interpreter.  This is probably the most
 
16
common use.  The second reason is to use Python as a component in a larger
 
17
application; this technique is generally referred to as :dfn:`embedding` Python
 
18
in an application.
 
19
 
 
20
Writing an extension module is a relatively well-understood process,  where a
 
21
"cookbook" approach works well.  There are several tools  that automate the
 
22
process to some extent.  While people have embedded  Python in other
 
23
applications since its early existence, the process of  embedding Python is less
 
24
straightforward than writing an extension.
 
25
 
 
26
Many API functions are useful independent of whether you're embedding  or
 
27
extending Python; moreover, most applications that embed Python  will need to
 
28
provide a custom extension as well, so it's probably a  good idea to become
 
29
familiar with writing an extension before  attempting to embed Python in a real
 
30
application.
 
31
 
 
32
 
 
33
.. _api-includes:
 
34
 
 
35
Include Files
 
36
=============
 
37
 
 
38
All function, type and macro definitions needed to use the Python/C API are
 
39
included in your code by the following line::
 
40
 
 
41
   #include "Python.h"
 
42
 
 
43
This implies inclusion of the following standard headers: ``<stdio.h>``,
 
44
``<string.h>``, ``<errno.h>``, ``<limits.h>``, ``<assert.h>`` and ``<stdlib.h>``
 
45
(if available).
 
46
 
 
47
.. note::
 
48
 
 
49
   Since Python may define some pre-processor definitions which affect the standard
 
50
   headers on some systems, you *must* include :file:`Python.h` before any standard
 
51
   headers are included.
 
52
 
 
53
All user visible names defined by Python.h (except those defined by the included
 
54
standard headers) have one of the prefixes ``Py`` or ``_Py``.  Names beginning
 
55
with ``_Py`` are for internal use by the Python implementation and should not be
 
56
used by extension writers. Structure member names do not have a reserved prefix.
 
57
 
 
58
**Important:** user code should never define names that begin with ``Py`` or
 
59
``_Py``.  This confuses the reader, and jeopardizes the portability of the user
 
60
code to future Python versions, which may define additional names beginning with
 
61
one of these prefixes.
 
62
 
 
63
The header files are typically installed with Python.  On Unix, these  are
 
64
located in the directories :file:`{prefix}/include/pythonversion/` and
 
65
:file:`{exec_prefix}/include/pythonversion/`, where :envvar:`prefix` and
 
66
:envvar:`exec_prefix` are defined by the corresponding parameters to Python's
 
67
:program:`configure` script and *version* is ``sys.version[:3]``.  On Windows,
 
68
the headers are installed in :file:`{prefix}/include`, where :envvar:`prefix` is
 
69
the installation directory specified to the installer.
 
70
 
 
71
To include the headers, place both directories (if different) on your compiler's
 
72
search path for includes.  Do *not* place the parent directories on the search
 
73
path and then use ``#include <pythonX.Y/Python.h>``; this will break on
 
74
multi-platform builds since the platform independent headers under
 
75
:envvar:`prefix` include the platform specific headers from
 
76
:envvar:`exec_prefix`.
 
77
 
 
78
C++ users should note that though the API is defined entirely using C, the
 
79
header files do properly declare the entry points to be ``extern "C"``, so there
 
80
is no need to do anything special to use the API from C++.
 
81
 
 
82
 
 
83
.. _api-objects:
 
84
 
 
85
Objects, Types and Reference Counts
 
86
===================================
 
87
 
 
88
.. index:: object: type
 
89
 
 
90
Most Python/C API functions have one or more arguments as well as a return value
 
91
of type :c:type:`PyObject\*`.  This type is a pointer to an opaque data type
 
92
representing an arbitrary Python object.  Since all Python object types are
 
93
treated the same way by the Python language in most situations (e.g.,
 
94
assignments, scope rules, and argument passing), it is only fitting that they
 
95
should be represented by a single C type.  Almost all Python objects live on the
 
96
heap: you never declare an automatic or static variable of type
 
97
:c:type:`PyObject`, only pointer variables of type :c:type:`PyObject\*` can  be
 
98
declared.  The sole exception are the type objects; since these must never be
 
99
deallocated, they are typically static :c:type:`PyTypeObject` objects.
 
100
 
 
101
All Python objects (even Python integers) have a :dfn:`type` and a
 
102
:dfn:`reference count`.  An object's type determines what kind of object it is
 
103
(e.g., an integer, a list, or a user-defined function; there are many more as
 
104
explained in :ref:`types`).  For each of the well-known types there is a macro
 
105
to check whether an object is of that type; for instance, ``PyList_Check(a)`` is
 
106
true if (and only if) the object pointed to by *a* is a Python list.
 
107
 
 
108
 
 
109
.. _api-refcounts:
 
110
 
 
111
Reference Counts
 
112
----------------
 
113
 
 
114
The reference count is important because today's computers have a  finite (and
 
115
often severely limited) memory size; it counts how many  different places there
 
116
are that have a reference to an object.  Such a  place could be another object,
 
117
or a global (or static) C variable, or  a local variable in some C function.
 
118
When an object's reference count  becomes zero, the object is deallocated.  If
 
119
it contains references to  other objects, their reference count is decremented.
 
120
Those other  objects may be deallocated in turn, if this decrement makes their
 
121
reference count become zero, and so on.  (There's an obvious problem  with
 
122
objects that reference each other here; for now, the solution is  "don't do
 
123
that.")
 
124
 
 
125
.. index::
 
126
   single: Py_INCREF()
 
127
   single: Py_DECREF()
 
128
 
 
129
Reference counts are always manipulated explicitly.  The normal way is  to use
 
130
the macro :c:func:`Py_INCREF` to increment an object's reference count by one,
 
131
and :c:func:`Py_DECREF` to decrement it by   one.  The :c:func:`Py_DECREF` macro
 
132
is considerably more complex than the incref one, since it must check whether
 
133
the reference count becomes zero and then cause the object's deallocator to be
 
134
called. The deallocator is a function pointer contained in the object's type
 
135
structure.  The type-specific deallocator takes care of decrementing the
 
136
reference counts for other objects contained in the object if this is a compound
 
137
object type, such as a list, as well as performing any additional finalization
 
138
that's needed.  There's no chance that the reference count can overflow; at
 
139
least as many bits are used to hold the reference count as there are distinct
 
140
memory locations in virtual memory (assuming ``sizeof(Py_ssize_t) >= sizeof(void*)``).
 
141
Thus, the reference count increment is a simple operation.
 
142
 
 
143
It is not necessary to increment an object's reference count for every  local
 
144
variable that contains a pointer to an object.  In theory, the  object's
 
145
reference count goes up by one when the variable is made to  point to it and it
 
146
goes down by one when the variable goes out of  scope.  However, these two
 
147
cancel each other out, so at the end the  reference count hasn't changed.  The
 
148
only real reason to use the  reference count is to prevent the object from being
 
149
deallocated as  long as our variable is pointing to it.  If we know that there
 
150
is at  least one other reference to the object that lives at least as long as
 
151
our variable, there is no need to increment the reference count  temporarily.
 
152
An important situation where this arises is in objects  that are passed as
 
153
arguments to C functions in an extension module  that are called from Python;
 
154
the call mechanism guarantees to hold a  reference to every argument for the
 
155
duration of the call.
 
156
 
 
157
However, a common pitfall is to extract an object from a list and hold on to it
 
158
for a while without incrementing its reference count. Some other operation might
 
159
conceivably remove the object from the list, decrementing its reference count
 
160
and possible deallocating it. The real danger is that innocent-looking
 
161
operations may invoke arbitrary Python code which could do this; there is a code
 
162
path which allows control to flow back to the user from a :c:func:`Py_DECREF`, so
 
163
almost any operation is potentially dangerous.
 
164
 
 
165
A safe approach is to always use the generic operations (functions  whose name
 
166
begins with ``PyObject_``, ``PyNumber_``, ``PySequence_`` or ``PyMapping_``).
 
167
These operations always increment the reference count of the object they return.
 
168
This leaves the caller with the responsibility to call :c:func:`Py_DECREF` when
 
169
they are done with the result; this soon becomes second nature.
 
170
 
 
171
 
 
172
.. _api-refcountdetails:
 
173
 
 
174
Reference Count Details
 
175
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
176
 
 
177
The reference count behavior of functions in the Python/C API is best  explained
 
178
in terms of *ownership of references*.  Ownership pertains to references, never
 
179
to objects (objects are not owned: they are always shared).  "Owning a
 
180
reference" means being responsible for calling Py_DECREF on it when the
 
181
reference is no longer needed.  Ownership can also be transferred, meaning that
 
182
the code that receives ownership of the reference then becomes responsible for
 
183
eventually decref'ing it by calling :c:func:`Py_DECREF` or :c:func:`Py_XDECREF`
 
184
when it's no longer needed---or passing on this responsibility (usually to its
 
185
caller). When a function passes ownership of a reference on to its caller, the
 
186
caller is said to receive a *new* reference.  When no ownership is transferred,
 
187
the caller is said to *borrow* the reference. Nothing needs to be done for a
 
188
borrowed reference.
 
189
 
 
190
Conversely, when a calling function passes in a reference to an  object, there
 
191
are two possibilities: the function *steals* a  reference to the object, or it
 
192
does not.  *Stealing a reference* means that when you pass a reference to a
 
193
function, that function assumes that it now owns that reference, and you are not
 
194
responsible for it any longer.
 
195
 
 
196
.. index::
 
197
   single: PyList_SetItem()
 
198
   single: PyTuple_SetItem()
 
199
 
 
200
Few functions steal references; the two notable exceptions are
 
201
:c:func:`PyList_SetItem` and :c:func:`PyTuple_SetItem`, which  steal a reference
 
202
to the item (but not to the tuple or list into which the item is put!).  These
 
203
functions were designed to steal a reference because of a common idiom for
 
204
populating a tuple or list with newly created objects; for example, the code to
 
205
create the tuple ``(1, 2, "three")`` could look like this (forgetting about
 
206
error handling for the moment; a better way to code this is shown below)::
 
207
 
 
208
   PyObject *t;
 
209
 
 
210
   t = PyTuple_New(3);
 
211
   PyTuple_SetItem(t, 0, PyLong_FromLong(1L));
 
212
   PyTuple_SetItem(t, 1, PyLong_FromLong(2L));
 
213
   PyTuple_SetItem(t, 2, PyUnicode_FromString("three"));
 
214
 
 
215
Here, :c:func:`PyLong_FromLong` returns a new reference which is immediately
 
216
stolen by :c:func:`PyTuple_SetItem`.  When you want to keep using an object
 
217
although the reference to it will be stolen, use :c:func:`Py_INCREF` to grab
 
218
another reference before calling the reference-stealing function.
 
219
 
 
220
Incidentally, :c:func:`PyTuple_SetItem` is the *only* way to set tuple items;
 
221
:c:func:`PySequence_SetItem` and :c:func:`PyObject_SetItem` refuse to do this
 
222
since tuples are an immutable data type.  You should only use
 
223
:c:func:`PyTuple_SetItem` for tuples that you are creating yourself.
 
224
 
 
225
Equivalent code for populating a list can be written using :c:func:`PyList_New`
 
226
and :c:func:`PyList_SetItem`.
 
227
 
 
228
However, in practice, you will rarely use these ways of creating and populating
 
229
a tuple or list.  There's a generic function, :c:func:`Py_BuildValue`, that can
 
230
create most common objects from C values, directed by a :dfn:`format string`.
 
231
For example, the above two blocks of code could be replaced by the following
 
232
(which also takes care of the error checking)::
 
233
 
 
234
   PyObject *tuple, *list;
 
235
 
 
236
   tuple = Py_BuildValue("(iis)", 1, 2, "three");
 
237
   list = Py_BuildValue("[iis]", 1, 2, "three");
 
238
 
 
239
It is much more common to use :c:func:`PyObject_SetItem` and friends with items
 
240
whose references you are only borrowing, like arguments that were passed in to
 
241
the function you are writing.  In that case, their behaviour regarding reference
 
242
counts is much saner, since you don't have to increment a reference count so you
 
243
can give a reference away ("have it be stolen").  For example, this function
 
244
sets all items of a list (actually, any mutable sequence) to a given item::
 
245
 
 
246
   int
 
247
   set_all(PyObject *target, PyObject *item)
 
248
   {
 
249
       Py_ssize_t i, n;
 
250
 
 
251
       n = PyObject_Length(target);
 
252
       if (n < 0)
 
253
           return -1;
 
254
       for (i = 0; i < n; i++) {
 
255
           PyObject *index = PyLong_FromSsize_t(i);
 
256
           if (!index)
 
257
               return -1;
 
258
           if (PyObject_SetItem(target, index, item) < 0) {
 
259
               Py_DECREF(index);
 
260
               return -1;
 
261
           }
 
262
           Py_DECREF(index);
 
263
       }
 
264
       return 0;
 
265
   }
 
266
 
 
267
.. index:: single: set_all()
 
268
 
 
269
The situation is slightly different for function return values.   While passing
 
270
a reference to most functions does not change your  ownership responsibilities
 
271
for that reference, many functions that  return a reference to an object give
 
272
you ownership of the reference. The reason is simple: in many cases, the
 
273
returned object is created  on the fly, and the reference you get is the only
 
274
reference to the  object.  Therefore, the generic functions that return object
 
275
references, like :c:func:`PyObject_GetItem` and  :c:func:`PySequence_GetItem`,
 
276
always return a new reference (the caller becomes the owner of the reference).
 
277
 
 
278
It is important to realize that whether you own a reference returned  by a
 
279
function depends on which function you call only --- *the plumage* (the type of
 
280
the object passed as an argument to the function) *doesn't enter into it!*
 
281
Thus, if you  extract an item from a list using :c:func:`PyList_GetItem`, you
 
282
don't own the reference --- but if you obtain the same item from the same list
 
283
using :c:func:`PySequence_GetItem` (which happens to take exactly the same
 
284
arguments), you do own a reference to the returned object.
 
285
 
 
286
.. index::
 
287
   single: PyList_GetItem()
 
288
   single: PySequence_GetItem()
 
289
 
 
290
Here is an example of how you could write a function that computes the sum of
 
291
the items in a list of integers; once using  :c:func:`PyList_GetItem`, and once
 
292
using :c:func:`PySequence_GetItem`. ::
 
293
 
 
294
   long
 
295
   sum_list(PyObject *list)
 
296
   {
 
297
       Py_ssize_t i, n;
 
298
       long total = 0, value;
 
299
       PyObject *item;
 
300
 
 
301
       n = PyList_Size(list);
 
302
       if (n < 0)
 
303
           return -1; /* Not a list */
 
304
       for (i = 0; i < n; i++) {
 
305
           item = PyList_GetItem(list, i); /* Can't fail */
 
306
           if (!PyLong_Check(item)) continue; /* Skip non-integers */
 
307
           value = PyLong_AsLong(item);
 
308
           if (value == -1 && PyErr_Occurred())
 
309
               /* Integer too big to fit in a C long, bail out */
 
310
               return -1;
 
311
           total += value;
 
312
       }
 
313
       return total;
 
314
   }
 
315
 
 
316
.. index:: single: sum_list()
 
317
 
 
318
::
 
319
 
 
320
   long
 
321
   sum_sequence(PyObject *sequence)
 
322
   {
 
323
       Py_ssize_t i, n;
 
324
       long total = 0, value;
 
325
       PyObject *item;
 
326
       n = PySequence_Length(sequence);
 
327
       if (n < 0)
 
328
           return -1; /* Has no length */
 
329
       for (i = 0; i < n; i++) {
 
330
           item = PySequence_GetItem(sequence, i);
 
331
           if (item == NULL)
 
332
               return -1; /* Not a sequence, or other failure */
 
333
           if (PyLong_Check(item)) {
 
334
               value = PyLong_AsLong(item);
 
335
               Py_DECREF(item);
 
336
               if (value == -1 && PyErr_Occurred())
 
337
                   /* Integer too big to fit in a C long, bail out */
 
338
                   return -1;
 
339
               total += value;
 
340
           }
 
341
           else {
 
342
               Py_DECREF(item); /* Discard reference ownership */
 
343
           }
 
344
       }
 
345
       return total;
 
346
   }
 
347
 
 
348
.. index:: single: sum_sequence()
 
349
 
 
350
 
 
351
.. _api-types:
 
352
 
 
353
Types
 
354
-----
 
355
 
 
356
There are few other data types that play a significant role in  the Python/C
 
357
API; most are simple C types such as :c:type:`int`,  :c:type:`long`,
 
358
:c:type:`double` and :c:type:`char\*`.  A few structure types  are used to
 
359
describe static tables used to list the functions exported  by a module or the
 
360
data attributes of a new object type, and another is used to describe the value
 
361
of a complex number.  These will  be discussed together with the functions that
 
362
use them.
 
363
 
 
364
 
 
365
.. _api-exceptions:
 
366
 
 
367
Exceptions
 
368
==========
 
369
 
 
370
The Python programmer only needs to deal with exceptions if specific  error
 
371
handling is required; unhandled exceptions are automatically  propagated to the
 
372
caller, then to the caller's caller, and so on, until they reach the top-level
 
373
interpreter, where they are reported to the  user accompanied by a stack
 
374
traceback.
 
375
 
 
376
.. index:: single: PyErr_Occurred()
 
377
 
 
378
For C programmers, however, error checking always has to be explicit.  All
 
379
functions in the Python/C API can raise exceptions, unless an explicit claim is
 
380
made otherwise in a function's documentation.  In general, when a function
 
381
encounters an error, it sets an exception, discards any object references that
 
382
it owns, and returns an error indicator.  If not documented otherwise, this
 
383
indicator is either *NULL* or ``-1``, depending on the function's return type.
 
384
A few functions return a Boolean true/false result, with false indicating an
 
385
error.  Very few functions return no explicit error indicator or have an
 
386
ambiguous return value, and require explicit testing for errors with
 
387
:c:func:`PyErr_Occurred`.  These exceptions are always explicitly documented.
 
388
 
 
389
.. index::
 
390
   single: PyErr_SetString()
 
391
   single: PyErr_Clear()
 
392
 
 
393
Exception state is maintained in per-thread storage (this is  equivalent to
 
394
using global storage in an unthreaded application).  A  thread can be in one of
 
395
two states: an exception has occurred, or not. The function
 
396
:c:func:`PyErr_Occurred` can be used to check for this: it returns a borrowed
 
397
reference to the exception type object when an exception has occurred, and
 
398
*NULL* otherwise.  There are a number of functions to set the exception state:
 
399
:c:func:`PyErr_SetString` is the most common (though not the most general)
 
400
function to set the exception state, and :c:func:`PyErr_Clear` clears the
 
401
exception state.
 
402
 
 
403
The full exception state consists of three objects (all of which can  be
 
404
*NULL*): the exception type, the corresponding exception  value, and the
 
405
traceback.  These have the same meanings as the Python result of
 
406
``sys.exc_info()``; however, they are not the same: the Python objects represent
 
407
the last exception being handled by a Python  :keyword:`try` ...
 
408
:keyword:`except` statement, while the C level exception state only exists while
 
409
an exception is being passed on between C functions until it reaches the Python
 
410
bytecode interpreter's  main loop, which takes care of transferring it to
 
411
``sys.exc_info()`` and friends.
 
412
 
 
413
.. index:: single: exc_info() (in module sys)
 
414
 
 
415
Note that starting with Python 1.5, the preferred, thread-safe way to access the
 
416
exception state from Python code is to call the function :func:`sys.exc_info`,
 
417
which returns the per-thread exception state for Python code.  Also, the
 
418
semantics of both ways to access the exception state have changed so that a
 
419
function which catches an exception will save and restore its thread's exception
 
420
state so as to preserve the exception state of its caller.  This prevents common
 
421
bugs in exception handling code caused by an innocent-looking function
 
422
overwriting the exception being handled; it also reduces the often unwanted
 
423
lifetime extension for objects that are referenced by the stack frames in the
 
424
traceback.
 
425
 
 
426
As a general principle, a function that calls another function to  perform some
 
427
task should check whether the called function raised an  exception, and if so,
 
428
pass the exception state on to its caller.  It  should discard any object
 
429
references that it owns, and return an  error indicator, but it should *not* set
 
430
another exception --- that would overwrite the exception that was just raised,
 
431
and lose important information about the exact cause of the error.
 
432
 
 
433
.. index:: single: sum_sequence()
 
434
 
 
435
A simple example of detecting exceptions and passing them on is shown in the
 
436
:c:func:`sum_sequence` example above.  It so happens that this example doesn't
 
437
need to clean up any owned references when it detects an error.  The following
 
438
example function shows some error cleanup.  First, to remind you why you like
 
439
Python, we show the equivalent Python code::
 
440
 
 
441
   def incr_item(dict, key):
 
442
       try:
 
443
           item = dict[key]
 
444
       except KeyError:
 
445
           item = 0
 
446
       dict[key] = item + 1
 
447
 
 
448
.. index:: single: incr_item()
 
449
 
 
450
Here is the corresponding C code, in all its glory::
 
451
 
 
452
   int
 
453
   incr_item(PyObject *dict, PyObject *key)
 
454
   {
 
455
       /* Objects all initialized to NULL for Py_XDECREF */
 
456
       PyObject *item = NULL, *const_one = NULL, *incremented_item = NULL;
 
457
       int rv = -1; /* Return value initialized to -1 (failure) */
 
458
 
 
459
       item = PyObject_GetItem(dict, key);
 
460
       if (item == NULL) {
 
461
           /* Handle KeyError only: */
 
462
           if (!PyErr_ExceptionMatches(PyExc_KeyError))
 
463
               goto error;
 
464
 
 
465
           /* Clear the error and use zero: */
 
466
           PyErr_Clear();
 
467
           item = PyLong_FromLong(0L);
 
468
           if (item == NULL)
 
469
               goto error;
 
470
       }
 
471
       const_one = PyLong_FromLong(1L);
 
472
       if (const_one == NULL)
 
473
           goto error;
 
474
 
 
475
       incremented_item = PyNumber_Add(item, const_one);
 
476
       if (incremented_item == NULL)
 
477
           goto error;
 
478
 
 
479
       if (PyObject_SetItem(dict, key, incremented_item) < 0)
 
480
           goto error;
 
481
       rv = 0; /* Success */
 
482
       /* Continue with cleanup code */
 
483
 
 
484
    error:
 
485
       /* Cleanup code, shared by success and failure path */
 
486
 
 
487
       /* Use Py_XDECREF() to ignore NULL references */
 
488
       Py_XDECREF(item);
 
489
       Py_XDECREF(const_one);
 
490
       Py_XDECREF(incremented_item);
 
491
 
 
492
       return rv; /* -1 for error, 0 for success */
 
493
   }
 
494
 
 
495
.. index:: single: incr_item()
 
496
 
 
497
.. index::
 
498
   single: PyErr_ExceptionMatches()
 
499
   single: PyErr_Clear()
 
500
   single: Py_XDECREF()
 
501
 
 
502
This example represents an endorsed use of the ``goto`` statement  in C!
 
503
It illustrates the use of :c:func:`PyErr_ExceptionMatches` and
 
504
:c:func:`PyErr_Clear` to handle specific exceptions, and the use of
 
505
:c:func:`Py_XDECREF` to dispose of owned references that may be *NULL* (note the
 
506
``'X'`` in the name; :c:func:`Py_DECREF` would crash when confronted with a
 
507
*NULL* reference).  It is important that the variables used to hold owned
 
508
references are initialized to *NULL* for this to work; likewise, the proposed
 
509
return value is initialized to ``-1`` (failure) and only set to success after
 
510
the final call made is successful.
 
511
 
 
512
 
 
513
.. _api-embedding:
 
514
 
 
515
Embedding Python
 
516
================
 
517
 
 
518
The one important task that only embedders (as opposed to extension writers) of
 
519
the Python interpreter have to worry about is the initialization, and possibly
 
520
the finalization, of the Python interpreter.  Most functionality of the
 
521
interpreter can only be used after the interpreter has been initialized.
 
522
 
 
523
.. index::
 
524
   single: Py_Initialize()
 
525
   module: builtins
 
526
   module: __main__
 
527
   module: sys
 
528
   triple: module; search; path
 
529
   single: path (in module sys)
 
530
 
 
531
The basic initialization function is :c:func:`Py_Initialize`. This initializes
 
532
the table of loaded modules, and creates the fundamental modules
 
533
:mod:`builtins`, :mod:`__main__`, and :mod:`sys`.  It also
 
534
initializes the module search path (``sys.path``).
 
535
 
 
536
.. index:: single: PySys_SetArgvEx()
 
537
 
 
538
:c:func:`Py_Initialize` does not set the "script argument list"  (``sys.argv``).
 
539
If this variable is needed by Python code that will be executed later, it must
 
540
be set explicitly with a call to  ``PySys_SetArgvEx(argc, argv, updatepath)``
 
541
after the call to :c:func:`Py_Initialize`.
 
542
 
 
543
On most systems (in particular, on Unix and Windows, although the details are
 
544
slightly different), :c:func:`Py_Initialize` calculates the module search path
 
545
based upon its best guess for the location of the standard Python interpreter
 
546
executable, assuming that the Python library is found in a fixed location
 
547
relative to the Python interpreter executable.  In particular, it looks for a
 
548
directory named :file:`lib/python{X.Y}` relative to the parent directory
 
549
where the executable named :file:`python` is found on the shell command search
 
550
path (the environment variable :envvar:`PATH`).
 
551
 
 
552
For instance, if the Python executable is found in
 
553
:file:`/usr/local/bin/python`, it will assume that the libraries are in
 
554
:file:`/usr/local/lib/python{X.Y}`.  (In fact, this particular path is also
 
555
the "fallback" location, used when no executable file named :file:`python` is
 
556
found along :envvar:`PATH`.)  The user can override this behavior by setting the
 
557
environment variable :envvar:`PYTHONHOME`, or insert additional directories in
 
558
front of the standard path by setting :envvar:`PYTHONPATH`.
 
559
 
 
560
.. index::
 
561
   single: Py_SetProgramName()
 
562
   single: Py_GetPath()
 
563
   single: Py_GetPrefix()
 
564
   single: Py_GetExecPrefix()
 
565
   single: Py_GetProgramFullPath()
 
566
 
 
567
The embedding application can steer the search by calling
 
568
``Py_SetProgramName(file)`` *before* calling  :c:func:`Py_Initialize`.  Note that
 
569
:envvar:`PYTHONHOME` still overrides this and :envvar:`PYTHONPATH` is still
 
570
inserted in front of the standard path.  An application that requires total
 
571
control has to provide its own implementation of :c:func:`Py_GetPath`,
 
572
:c:func:`Py_GetPrefix`, :c:func:`Py_GetExecPrefix`, and
 
573
:c:func:`Py_GetProgramFullPath` (all defined in :file:`Modules/getpath.c`).
 
574
 
 
575
.. index:: single: Py_IsInitialized()
 
576
 
 
577
Sometimes, it is desirable to "uninitialize" Python.  For instance,  the
 
578
application may want to start over (make another call to
 
579
:c:func:`Py_Initialize`) or the application is simply done with its  use of
 
580
Python and wants to free memory allocated by Python.  This can be accomplished
 
581
by calling :c:func:`Py_Finalize`.  The function :c:func:`Py_IsInitialized` returns
 
582
true if Python is currently in the initialized state.  More information about
 
583
these functions is given in a later chapter. Notice that :c:func:`Py_Finalize`
 
584
does *not* free all memory allocated by the Python interpreter, e.g. memory
 
585
allocated by extension modules currently cannot be released.
 
586
 
 
587
 
 
588
.. _api-debugging:
 
589
 
 
590
Debugging Builds
 
591
================
 
592
 
 
593
Python can be built with several macros to enable extra checks of the
 
594
interpreter and extension modules.  These checks tend to add a large amount of
 
595
overhead to the runtime so they are not enabled by default.
 
596
 
 
597
A full list of the various types of debugging builds is in the file
 
598
:file:`Misc/SpecialBuilds.txt` in the Python source distribution. Builds are
 
599
available that support tracing of reference counts, debugging the memory
 
600
allocator, or low-level profiling of the main interpreter loop.  Only the most
 
601
frequently-used builds will be described in the remainder of this section.
 
602
 
 
603
Compiling the interpreter with the :c:macro:`Py_DEBUG` macro defined produces
 
604
what is generally meant by "a debug build" of Python. :c:macro:`Py_DEBUG` is
 
605
enabled in the Unix build by adding ``--with-pydebug`` to the
 
606
:file:`./configure` command.  It is also implied by the presence of the
 
607
not-Python-specific :c:macro:`_DEBUG` macro.  When :c:macro:`Py_DEBUG` is enabled
 
608
in the Unix build, compiler optimization is disabled.
 
609
 
 
610
In addition to the reference count debugging described below, the following
 
611
extra checks are performed:
 
612
 
 
613
* Extra checks are added to the object allocator.
 
614
 
 
615
* Extra checks are added to the parser and compiler.
 
616
 
 
617
* Downcasts from wide types to narrow types are checked for loss of information.
 
618
 
 
619
* A number of assertions are added to the dictionary and set implementations.
 
620
  In addition, the set object acquires a :meth:`test_c_api` method.
 
621
 
 
622
* Sanity checks of the input arguments are added to frame creation.
 
623
 
 
624
* The storage for ints is initialized with a known invalid pattern to catch
 
625
  reference to uninitialized digits.
 
626
 
 
627
* Low-level tracing and extra exception checking are added to the runtime
 
628
  virtual machine.
 
629
 
 
630
* Extra checks are added to the memory arena implementation.
 
631
 
 
632
* Extra debugging is added to the thread module.
 
633
 
 
634
There may be additional checks not mentioned here.
 
635
 
 
636
Defining :c:macro:`Py_TRACE_REFS` enables reference tracing.  When defined, a
 
637
circular doubly linked list of active objects is maintained by adding two extra
 
638
fields to every :c:type:`PyObject`.  Total allocations are tracked as well.  Upon
 
639
exit, all existing references are printed.  (In interactive mode this happens
 
640
after every statement run by the interpreter.)  Implied by :c:macro:`Py_DEBUG`.
 
641
 
 
642
Please refer to :file:`Misc/SpecialBuilds.txt` in the Python source distribution
 
643
for more detailed information.
 
644