Python Asyncio源码分析：为什么Python中的`_get_running_loop`执行的是C实现而不是Python实现？

Question

我一直在探索

async

源代码，并注意到函数

_get_running_loop()

都是在 Python 中定义的，并且有一个注释说明它是在 C 中实现的（在

_asynciomodule.c

中）。

# python3.11/asyncio/events.py
def get_running_loop():
    """Return the running event loop. Raise a RuntimeError if there is none.
    This function is thread-specific.
    """
    # NOTE: this function is implemented in C (see _asynciomodule.c)
    loop = _get_running_loop()
    if loop is None:
        raise RuntimeError('no running event loop')
    return loop

def _get_running_loop():
    """Return the running event loop or None.
    This is a low-level function intended to be used by event loops.
    This function is thread-specific.
    """
    # NOTE: this function is implemented in C (see _asynciomodule.c)
    running_loop, pid = _running_loop.loop_pid
    if running_loop is not None and pid == os.getpid():
        return running_loop

如果

_get_running_loop()

已经在Python中定义了，为什么说实际实现是用C编写的？

Cpython中的以下代码看起来像真正的实现：

static PyObject *
_asyncio_get_running_loop_impl(PyObject *module)
/*[clinic end generated code: output=c247b5f9e529530e input=2a3bf02ba39f173d]*/
{
    PyObject *loop;
    _PyThreadStateImpl *ts = (_PyThreadStateImpl *)_PyThreadState_GET();
    loop = Py_XNewRef(ts->asyncio_running_loop);
    if (loop == NULL) {
        /* There's no currently running event loop */
        PyErr_SetString(
            PyExc_RuntimeError, "no running event loop");
        return NULL;
    }
    return loop;
}

我知道

asyncio

出于性能原因使用C扩展，但我想了解这种机制是如何工作的，特别是Python如何将Python级函数绑定到C级实现。

谢谢！

Answer 1

一般来说，就Python的stdlib而言，其中给定模块可以使用C实现，它们必须遵循

PEP 399

中概述的要求，即即使有C版本，也必须提供纯Python实现继续前进。

因此，对于受影响的 stdlib 模块，它们将被结构化以便纯 Python 类/函数可用，并且通常在这些模块的最后会有一个

try: ... except ImportError:

块，它将尝试导入 C版本，当导入成功时，基于 C 的版本将遮蔽 Python 定义的版本，失败时，要么不发生遮蔽，要么定义一个纯 Python 版本以实现兼容性。

例如，

asyncio.events

模块具有类似以下内容的内容，它将在文件开头隐藏纯Python实现（示例已被截断）：

# Alias pure-Python implementations for testing purposes.
_py__get_running_loop = _get_running_loop
...

try:
    # get_event_loop() is one of the most frequently called
    # functions in asyncio.  Pure Python implementation is
    # about 4 times slower than C-accelerated.
    from _asyncio import (_get_running_loop, ...)
except ImportError:
    pass
else:
    # Alias C implementations for testing purposes.
    _c__get_running_loop = _get_running_loop
    ...

类似地，作为进一步的示例，对于

heapq

模块，我们在模块底部有以下内容，这将遮盖其上方定义的 Python 实现：

# If available, use C implementation
try:
    from _heapq import *
except ImportError:
    pass
...

同样对于

datetime

模块，我们有：

try:
    from _datetime import *
except ImportError:
    pass

它没有为同时可用的 Python + C 实现提供相同级别的“支持”，这个问题有更多详细信息。

并非所有 stdlib 模块都会隐藏所有内容，例如，

typing

仅尝试从 C 模块导入

_idfunc

，如果失败，则在 Python 中提供实现：

try:        
    from _typing import _idfunc
except ImportError:
    def _idfunc(_, x):
        return x    

这个答案并不是对具有 C 对应项的 Python stdlib 模块的解释的详尽列表，但这个答案的目标是作为一个通用答案，说明 Python 的 stdlib 如何具有被 C 遮蔽的 Python 代码-based 模块，并且这种覆盖并不神奇，并且其具体操作方式肯定可以在受影响模块本身的 Python 代码中找到。