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[python.git] / Doc / library / weakref.rst
blob2ca864fc1d8864e61ecb3498f9da34bd087e51f5
2 :mod:`weakref` --- Weak references
3 ==================================
5 .. module:: weakref
6    :synopsis: Support for weak references and weak dictionaries.
7 .. moduleauthor:: Fred L. Drake, Jr. <fdrake@acm.org>
8 .. moduleauthor:: Neil Schemenauer <nas@arctrix.com>
9 .. moduleauthor:: Martin von Löwis <martin@loewis.home.cs.tu-berlin.de>
10 .. sectionauthor:: Fred L. Drake, Jr. <fdrake@acm.org>
13 .. versionadded:: 2.1
15 The :mod:`weakref` module allows the Python programmer to create :dfn:`weak
16 references` to objects.
18 .. When making changes to the examples in this file, be sure to update
19    Lib/test/test_weakref.py::libreftest too!
21 In the following, the term :dfn:`referent` means the object which is referred to
22 by a weak reference.
24 A weak reference to an object is not enough to keep the object alive: when the
25 only remaining references to a referent are weak references,
26 :term:`garbage collection` is free to destroy the referent and reuse its memory
27 for something else.  A primary use for weak references is to implement caches or
28 mappings holding large objects, where it's desired that a large object not be
29 kept alive solely because it appears in a cache or mapping.
31 For example, if you have a number of large binary image objects, you may wish to
32 associate a name with each.  If you used a Python dictionary to map names to
33 images, or images to names, the image objects would remain alive just because
34 they appeared as values or keys in the dictionaries.  The
35 :class:`WeakKeyDictionary` and :class:`WeakValueDictionary` classes supplied by
36 the :mod:`weakref` module are an alternative, using weak references to construct
37 mappings that don't keep objects alive solely because they appear in the mapping
38 objects.  If, for example, an image object is a value in a
39 :class:`WeakValueDictionary`, then when the last remaining references to that
40 image object are the weak references held by weak mappings, garbage collection
41 can reclaim the object, and its corresponding entries in weak mappings are
42 simply deleted.
44 :class:`WeakKeyDictionary` and :class:`WeakValueDictionary` use weak references
45 in their implementation, setting up callback functions on the weak references
46 that notify the weak dictionaries when a key or value has been reclaimed by
47 garbage collection.  Most programs should find that using one of these weak
48 dictionary types is all they need -- it's not usually necessary to create your
49 own weak references directly.  The low-level machinery used by the weak
50 dictionary implementations is exposed by the :mod:`weakref` module for the
51 benefit of advanced uses.
53 .. note::
55    Weak references to an object are cleared before the object's :meth:`__del__`
56    is called, to ensure that the weak reference callback (if any) finds the
57    object still alive.
59 Not all objects can be weakly referenced; those objects which can include class
60 instances, functions written in Python (but not in C), methods (both bound and
61 unbound), sets, frozensets, file objects, :term:`generator`\s, type objects,
62 :class:`DBcursor` objects from the :mod:`bsddb` module, sockets, arrays, deques,
63 and regular expression pattern objects.
65 .. versionchanged:: 2.4
66    Added support for files, sockets, arrays, and patterns.
68 Several builtin types such as :class:`list` and :class:`dict` do not directly
69 support weak references but can add support through subclassing::
71    class Dict(dict):
72        pass
74    obj = Dict(red=1, green=2, blue=3)   # this object is weak referenceable
76 Extension types can easily be made to support weak references; see
77 :ref:`weakref-support`.
80 .. class:: ref(object[, callback])
82    Return a weak reference to *object*.  The original object can be retrieved by
83    calling the reference object if the referent is still alive; if the referent is
84    no longer alive, calling the reference object will cause :const:`None` to be
85    returned.  If *callback* is provided and not :const:`None`, and the returned
86    weakref object is still alive, the callback will be called when the object is
87    about to be finalized; the weak reference object will be passed as the only
88    parameter to the callback; the referent will no longer be available.
90    It is allowable for many weak references to be constructed for the same object.
91    Callbacks registered for each weak reference will be called from the most
92    recently registered callback to the oldest registered callback.
94    Exceptions raised by the callback will be noted on the standard error output,
95    but cannot be propagated; they are handled in exactly the same way as exceptions
96    raised from an object's :meth:`__del__` method.
98    Weak references are :term:`hashable` if the *object* is hashable.  They will maintain
99    their hash value even after the *object* was deleted.  If :func:`hash` is called
100    the first time only after the *object* was deleted, the call will raise
101    :exc:`TypeError`.
103    Weak references support tests for equality, but not ordering.  If the referents
104    are still alive, two references have the same equality relationship as their
105    referents (regardless of the *callback*).  If either referent has been deleted,
106    the references are equal only if the reference objects are the same object.
108    .. versionchanged:: 2.4
109       This is now a subclassable type rather than a factory function; it derives from
110       :class:`object`.
113 .. function:: proxy(object[, callback])
115    Return a proxy to *object* which uses a weak reference.  This supports use of
116    the proxy in most contexts instead of requiring the explicit dereferencing used
117    with weak reference objects.  The returned object will have a type of either
118    ``ProxyType`` or ``CallableProxyType``, depending on whether *object* is
119    callable.  Proxy objects are not :term:`hashable` regardless of the referent; this
120    avoids a number of problems related to their fundamentally mutable nature, and
121    prevent their use as dictionary keys.  *callback* is the same as the parameter
122    of the same name to the :func:`ref` function.
125 .. function:: getweakrefcount(object)
127    Return the number of weak references and proxies which refer to *object*.
130 .. function:: getweakrefs(object)
132    Return a list of all weak reference and proxy objects which refer to *object*.
135 .. class:: WeakKeyDictionary([dict])
137    Mapping class that references keys weakly.  Entries in the dictionary will be
138    discarded when there is no longer a strong reference to the key.  This can be
139    used to associate additional data with an object owned by other parts of an
140    application without adding attributes to those objects.  This can be especially
141    useful with objects that override attribute accesses.
143    .. note::
145       Caution: Because a :class:`WeakKeyDictionary` is built on top of a Python
146       dictionary, it must not change size when iterating over it.  This can be
147       difficult to ensure for a :class:`WeakKeyDictionary` because actions
148       performed by the program during iteration may cause items in the
149       dictionary to vanish "by magic" (as a side effect of garbage collection).
151 :class:`WeakKeyDictionary` objects have the following additional methods.  These
152 expose the internal references directly.  The references are not guaranteed to
153 be "live" at the time they are used, so the result of calling the references
154 needs to be checked before being used.  This can be used to avoid creating
155 references that will cause the garbage collector to keep the keys around longer
156 than needed.
159 .. method:: WeakKeyDictionary.iterkeyrefs()
161    Return an :term:`iterator` that yields the weak references to the keys.
163    .. versionadded:: 2.5
166 .. method:: WeakKeyDictionary.keyrefs()
168    Return a list of weak references to the keys.
170    .. versionadded:: 2.5
173 .. class:: WeakValueDictionary([dict])
175    Mapping class that references values weakly.  Entries in the dictionary will be
176    discarded when no strong reference to the value exists any more.
178    .. note::
180       Caution:  Because a :class:`WeakValueDictionary` is built on top of a Python
181       dictionary, it must not change size when iterating over it.  This can be
182       difficult to ensure for a :class:`WeakValueDictionary` because actions performed
183       by the program during iteration may cause items in the dictionary to vanish "by
184       magic" (as a side effect of garbage collection).
186 :class:`WeakValueDictionary` objects have the following additional methods.
187 These method have the same issues as the :meth:`iterkeyrefs` and :meth:`keyrefs`
188 methods of :class:`WeakKeyDictionary` objects.
191 .. method:: WeakValueDictionary.itervaluerefs()
193    Return an :term:`iterator` that yields the weak references to the values.
195    .. versionadded:: 2.5
198 .. method:: WeakValueDictionary.valuerefs()
200    Return a list of weak references to the values.
202    .. versionadded:: 2.5
205 .. data:: ReferenceType
207    The type object for weak references objects.
210 .. data:: ProxyType
212    The type object for proxies of objects which are not callable.
215 .. data:: CallableProxyType
217    The type object for proxies of callable objects.
220 .. data:: ProxyTypes
222    Sequence containing all the type objects for proxies.  This can make it simpler
223    to test if an object is a proxy without being dependent on naming both proxy
224    types.
227 .. exception:: ReferenceError
229    Exception raised when a proxy object is used but the underlying object has been
230    collected.  This is the same as the standard :exc:`ReferenceError` exception.
233 .. seealso::
235    :pep:`0205` - Weak References
236       The proposal and rationale for this feature, including links to earlier
237       implementations and information about similar features in other languages.
240 .. _weakref-objects:
242 Weak Reference Objects
243 ----------------------
245 Weak reference objects have no attributes or methods, but do allow the referent
246 to be obtained, if it still exists, by calling it:
248    >>> import weakref
249    >>> class Object:
250    ...     pass
251    ...
252    >>> o = Object()
253    >>> r = weakref.ref(o)
254    >>> o2 = r()
255    >>> o is o2
256    True
258 If the referent no longer exists, calling the reference object returns
259 :const:`None`:
261    >>> del o, o2
262    >>> print r()
263    None
265 Testing that a weak reference object is still live should be done using the
266 expression ``ref() is not None``.  Normally, application code that needs to use
267 a reference object should follow this pattern::
269    # r is a weak reference object
270    o = r()
271    if o is None:
272        # referent has been garbage collected
273        print "Object has been deallocated; can't frobnicate."
274    else:
275        print "Object is still live!"
276        o.do_something_useful()
278 Using a separate test for "liveness" creates race conditions in threaded
279 applications; another thread can cause a weak reference to become invalidated
280 before the weak reference is called; the idiom shown above is safe in threaded
281 applications as well as single-threaded applications.
283 Specialized versions of :class:`ref` objects can be created through subclassing.
284 This is used in the implementation of the :class:`WeakValueDictionary` to reduce
285 the memory overhead for each entry in the mapping.  This may be most useful to
286 associate additional information with a reference, but could also be used to
287 insert additional processing on calls to retrieve the referent.
289 This example shows how a subclass of :class:`ref` can be used to store
290 additional information about an object and affect the value that's returned when
291 the referent is accessed::
293    import weakref
295    class ExtendedRef(weakref.ref):
296        def __init__(self, ob, callback=None, **annotations):
297            super(ExtendedRef, self).__init__(ob, callback)
298            self.__counter = 0
299            for k, v in annotations.iteritems():
300                setattr(self, k, v)
302        def __call__(self):
303            """Return a pair containing the referent and the number of
304            times the reference has been called.
305            """
306            ob = super(ExtendedRef, self).__call__()
307            if ob is not None:
308                self.__counter += 1
309                ob = (ob, self.__counter)
310            return ob
313 .. _weakref-example:
315 Example
316 -------
318 This simple example shows how an application can use objects IDs to retrieve
319 objects that it has seen before.  The IDs of the objects can then be used in
320 other data structures without forcing the objects to remain alive, but the
321 objects can still be retrieved by ID if they do.
323 .. Example contributed by Tim Peters.
327    import weakref
329    _id2obj_dict = weakref.WeakValueDictionary()
331    def remember(obj):
332        oid = id(obj)
333        _id2obj_dict[oid] = obj
334        return oid
336    def id2obj(oid):
337        return _id2obj_dict[oid]