使用 C API 创建一个自定义类对象的 numpy 数组

Question

使用 C API，我想创建一个包含 Quaternion 类型对象的 numpy 数组，这是我用 C++ 编写的一个类。我已经有一个数组（实际上是std::vector），我想复制一份——或者尽可能使用相同的内存。

由于这不是基本类型，我需要使用Py_Object 类型，并且不能使用PyArray_SimpleNew 或类似的简单类型。

我猜我可能想使用PyArray_NewFromDescr 甚至PyArray_SimpleNewFromDescr，但我完全不知道如何创建我需要描述我的四元数类的PyArray_Descr 对象。

谁能给我一些关于如何制作descr对象的指示？或者让我更好地了解如何构建我的 numpy 数组？

这基本上是this question 的更通用版本，没有分心。

编辑：

使用 dastrobu 的提示和我的 SWIG 包装器，我找到了一种方法。我知道并不是每个人都在使用 SWIG，但对于那些使用 SWIG 的人来说，my answer on my other question 展示了我是如何解决它的。

Answer 1

由于Quaternion 不是直接数字类型，因此您的数组必须具有numpy.object 和dtype。因此，您可以使用PyArray_SimpleNew(..., NPY_OBJECT) 创建一个数组并填写数据。 问题是您的 Quaternion 类不是 python 类型。所以用Quaternion 类型的对象的引用填充数组是行不通的。 （在这种情况下，如果您从填充了 python 的四元数的数组中提取一个元素，您希望发生什么？） 相反，您需要用PyQuaternion 之类的东西包装Quaternion 类。包装器负责引用计数和内存管理。它看起来像：

typedef struct {
    PyObject_HEAD
    Quaternion *q;
}PyQuaternion;

static PyTypeObject PyQuaternion_Type = {
    PyObject_HEAD_INIT(NULL)
    0,                                        /*ob_size*/
    "Quaternion",                             /*tp_name*/
    sizeof(PyQuaternion),                     /*tp_basicsize*/
/* ... */
};


static PyObject *
PyQuaternion_new(PyTypeObject *type, PyObject *args, PyObject *kwds){
/* ... */
};

static int 
PyQuaternion_init(PyQuaternion *self, PyObject *args, PyObject *kwds){
/* ... */
};

static void PyQuaternion_dealloc(PyQuaternion *self){
/* ... */
};

此外，您可以为 PyQuaternionType 定义自己的 C-API，从而允许您从 Quaternions 创建 PyQuaternions

static PyObject *
PyQuaternion_New(Quaternion *q){
    PyQuaternion *self;
    self = (PyQuaternion *)PyQuaternion_Type.tp_new(type, NULL, NULL);
    self->q = q; 
    return (PyObject *)self;
}

请注意self->q 将由PyQuaternion_dealloc 函数处理，因此请考虑内存管理。最简单的方法是将所有权传递给包装器并让PyQuaternion_dealloc 释放self->q。

PyQuaternion_New 函数允许您包装Quaternion 对象并将它们填充到任何python 容器中，例如列表、元组，当然还有带有dtype = numpy.object 的numpy 数组。