python - C++ 类成员函数返回 PyObject* 段错误

Question

在一些生物物理模型的模拟框架内，我有一个 C++ 类，它使用需要返回 PyArrayObject* 的成员函数来实现我的模型。该类在头文件 ng_networks.h 中定义，内容如下:

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <Python.h>
#include <numpy/arrayobject.h> /* Numpy as seen from C */

struct ngn{...};  /* Structure of model parameter */  

class ngn_rate{   /* Model Class */
    int NEQ;
    ngn pars;
    double *y,*dy;
    public:
        ngn_rate();   // Constructor
        ~ngn_rate();  // Destructor
        PyObject* bifsystem();
}

ngn_rate::ngn_rate(){
    // Set ngn pars default values 
    ...

    // Allocate memory for model variables and RHS of equations
    y = (double*)calloc(NEQ,sizeof(double));
    dy = (double*)calloc(NEQ,sizeof(double));
}

ngn_rate::~ngn_rate{
    free(y);
    free(dy);
}

PyObject* ngn_rate::bifsystem(){
    long int NUMEL = NEQ; // PyArray creation function requires (long int*)
    // Does some operations on y,dy
    ...

    // Build PyObject* from dy
    // Create Python Array Object...
    PyObject* out_array = PyArray_SimpleNew(1,&NUMEL,NPY_DOUBLE);

    // ... and make C pointer to point to it
    double* dy_aux = (double*)((PyArrayObject*)out_array)->data;

    // Copy dy into PyObject out_array
    for(int i=0;i<NUMEL;i++) dy_aux[i] = dy[i];

    return out_array; 
}

你可能猜到这个类最终是从 Python 模块中调用的。在这方面，我正在使用 scipy.weave将我的 C 代码与 Python 接口(interface)。所以调用 Python 模块看起来像这样:

def ngn_rate_py():
    support_code = """
                   #include <Python.h>
                   #include "ng_networks.h" 
                   """
    source_files = [...] # A list of C/CPP source file names
    libs = ['m']
    dirs = [...]         # A list of #include dirs
    # My C code to interface with Python
    code = """
       //Initialize Model 
       ngn_rate network();

       //Return dy_dt
       return_val = network.bifsystem();
       """
    vars = []
    dy   = weave.inline(code,
                        vars,
                        support_code = support_code,
                        sources = source_files,
                        libraries = libs,
                        library_dirs = dirs,
                        include_dirs = dirs,
                        runtime_library_dirs = dirs,
                        type_converters = converters.blitz,
                        compiler = 'gcc',
                        extra_compile_args = ['-std=c++11'],
                        force = 1)
    return dy

不幸的是，当我运行上述模块时，它会产生段错误。经过一些调试和试错后，我发现问题是由 ng_networks.h 中的 PyObject* out_array 初始化引起的。事实上，当我在 weave 的 C 代码中创建 PyObject* 时，它完美地工作:也就是说，我修改了 ngn_rate::bifsystem() 类成员函数，以便它返回 double*，然后我在 weave 接口(interface)中从后者构建 PyObject*:

class ngn_rate{   /* Model Class */
    ...
    public:
        ...
        double* bifsystem();
}

double* ngn_rate::bifsystem(){
    long int NUMEL = NEQ; // PyArray creation function requires (long int*)
    // Does some operations on y,dy
    ...

    return dy;
}

然后在weave界面中:

def ngn_rate_py():
    support_code = """
                   #include <Python.h>
                   #include "ng_networks.h" 
                   """
    code = """
           //Initialize Model 
           ngn_rate network();

           //Create temporary dy  
           double *dy = network.bifsystem();

           //Create PyObject*
           PyObject* out_array = PyArray_SimpleNew(1, &NUMEL, NPY_DOUBLE);
           double* dy_aux = (double*) ((PyArrayObject*) out_array)->data;

           //Assign dy to PyObject            
           for(int i=0;i<NUMEL;i++) dy_aux[i]=dy[i];

           return_val = out_array;

我无法弄清楚为什么上面的方法有效，而如果我让 PyObject* 被我的类返回，我会得到一个段错误。值得注意的是，在其他一些代码中，我只有一个静态/非成员 C 函数，它返回一个 PyObject*，当从 weave 调用时，它工作得很好。所以我的猜测是 C 类对象中使用的 PyObject* 存在一些问题。但我不知道是什么。尽管我可以使用上面的代码在 weave 界面中创建 PyObject*，但为了可移植性，我宁愿让我的类 ngn_rate< 直接提供它.

提前感谢您的反馈。

中号

Answer 1

段错误的解决方案是——正如评论所建议的——确保初始化 Python-C API 以及 Numpy 数组。这可以通过 Py_Initialize() 和 import_array() 宏来完成，它们恰好包含在 ngn_rate 类的构造函数中，即，

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

class ngn_rate{
   ...
   public:
      ngn_rate();
      ...
};

ngn_rate::ngn_rate{
    Py_Initialize();
    import_array();

    ...
}