Issue #7117, continued: Change round implementation to use the correctly-rounded
[python.git] / Doc / c-api / arg.rst
blob47748611d4029e14e9597e8e95d84c9541f837d0
1 .. highlightlang:: c
3 .. _arg-parsing:
5 Parsing arguments and building values
6 =====================================
8 These functions are useful when creating your own extensions functions and
9 methods.  Additional information and examples are available in
10 :ref:`extending-index`.
12 The first three of these functions described, :cfunc:`PyArg_ParseTuple`,
13 :cfunc:`PyArg_ParseTupleAndKeywords`, and :cfunc:`PyArg_Parse`, all use
14 *format strings* which are used to tell the function about the expected
15 arguments.  The format strings use the same syntax for each of these
16 functions.
18 A format string consists of zero or more "format units."  A format unit
19 describes one Python object; it is usually a single character or a
20 parenthesized sequence of format units.  With a few exceptions, a format unit
21 that is not a parenthesized sequence normally corresponds to a single address
22 argument to these functions.  In the following description, the quoted form is
23 the format unit; the entry in (round) parentheses is the Python object type
24 that matches the format unit; and the entry in [square] brackets is the type
25 of the C variable(s) whose address should be passed.
27 ``s`` (string or Unicode object) [const char \*]
28    Convert a Python string or Unicode object to a C pointer to a character
29    string.  You must not provide storage for the string itself; a pointer to
30    an existing string is stored into the character pointer variable whose
31    address you pass.  The C string is NUL-terminated.  The Python string must
32    not contain embedded NUL bytes; if it does, a :exc:`TypeError` exception is
33    raised. Unicode objects are converted to C strings using the default
34    encoding.  If this conversion fails, a :exc:`UnicodeError` is raised.
36 ``s#`` (string, Unicode or any read buffer compatible object) [const char \*, int (or :ctype:`Py_ssize_t`, see below)]
37    This variant on ``s`` stores into two C variables, the first one a pointer
38    to a character string, the second one its length.  In this case the Python
39    string may contain embedded null bytes.  Unicode objects pass back a
40    pointer to the default encoded string version of the object if such a
41    conversion is possible.  All other read-buffer compatible objects pass back
42    a reference to the raw internal data representation.
44    Starting with Python 2.5 the type of the length argument can be controlled
45    by defining the macro :cmacro:`PY_SSIZE_T_CLEAN` before including
46    :file:`Python.h`.  If the macro is defined, length is a :ctype:`Py_ssize_t`
47    rather than an int.
49 ``s*`` (string, Unicode, or any buffer compatible object) [Py_buffer \*]
50    Similar to ``s#``, this code fills a Py_buffer structure provided by the
51    caller.  The buffer gets locked, so that the caller can subsequently use
52    the buffer even inside a ``Py_BEGIN_ALLOW_THREADS`` block; the caller is
53    responsible for calling ``PyBuffer_Release`` with the structure after it
54    has processed the data.
56    .. versionadded:: 2.6
58 ``z`` (string or ``None``) [const char \*]
59    Like ``s``, but the Python object may also be ``None``, in which case the C
60    pointer is set to *NULL*.
62 ``z#`` (string or ``None`` or any read buffer compatible object) [const char \*, int]
63    This is to ``s#`` as ``z`` is to ``s``.
65 ``z*`` (string or ``None`` or any buffer compatible object) [Py_buffer*]
66    This is to ``s*`` as ``z`` is to ``s``.
68    .. versionadded:: 2.6
70 ``u`` (Unicode object) [Py_UNICODE \*]
71    Convert a Python Unicode object to a C pointer to a NUL-terminated buffer
72    of 16-bit Unicode (UTF-16) data.  As with ``s``, there is no need to
73    provide storage for the Unicode data buffer; a pointer to the existing
74    Unicode data is stored into the :ctype:`Py_UNICODE` pointer variable whose
75    address you pass.
77 ``u#`` (Unicode object) [Py_UNICODE \*, int]
78    This variant on ``u`` stores into two C variables, the first one a pointer
79    to a Unicode data buffer, the second one its length. Non-Unicode objects
80    are handled by interpreting their read-buffer pointer as pointer to a
81    :ctype:`Py_UNICODE` array.
83 ``es`` (string, Unicode object or character buffer compatible object) [const char \*encoding, char \*\*buffer]
84    This variant on ``s`` is used for encoding Unicode and objects convertible
85    to Unicode into a character buffer. It only works for encoded data without
86    embedded NUL bytes.
88    This format requires two arguments.  The first is only used as input, and
89    must be a :ctype:`const char\*` which points to the name of an encoding as
90    a NUL-terminated string, or *NULL*, in which case the default encoding is
91    used.  An exception is raised if the named encoding is not known to Python.
92    The second argument must be a :ctype:`char\*\*`; the value of the pointer
93    it references will be set to a buffer with the contents of the argument
94    text.  The text will be encoded in the encoding specified by the first
95    argument.
97    :cfunc:`PyArg_ParseTuple` will allocate a buffer of the needed size, copy
98    the encoded data into this buffer and adjust *\*buffer* to reference the
99    newly allocated storage.  The caller is responsible for calling
100    :cfunc:`PyMem_Free` to free the allocated buffer after use.
102 ``et`` (string, Unicode object or character buffer compatible object) [const char \*encoding, char \*\*buffer]
103    Same as ``es`` except that 8-bit string objects are passed through without
104    recoding them.  Instead, the implementation assumes that the string object
105    uses the encoding passed in as parameter.
107 ``es#`` (string, Unicode object or character buffer compatible object) [const char \*encoding, char \*\*buffer, int \*buffer_length]
108    This variant on ``s#`` is used for encoding Unicode and objects convertible
109    to Unicode into a character buffer.  Unlike the ``es`` format, this variant
110    allows input data which contains NUL characters.
112    It requires three arguments.  The first is only used as input, and must be
113    a :ctype:`const char\*` which points to the name of an encoding as a
114    NUL-terminated string, or *NULL*, in which case the default encoding is
115    used.  An exception is raised if the named encoding is not known to Python.
116    The second argument must be a :ctype:`char\*\*`; the value of the pointer
117    it references will be set to a buffer with the contents of the argument
118    text.  The text will be encoded in the encoding specified by the first
119    argument.  The third argument must be a pointer to an integer; the
120    referenced integer will be set to the number of bytes in the output buffer.
122    There are two modes of operation:
124    If *\*buffer* points a *NULL* pointer, the function will allocate a buffer
125    of the needed size, copy the encoded data into this buffer and set
126    *\*buffer* to reference the newly allocated storage.  The caller is
127    responsible for calling :cfunc:`PyMem_Free` to free the allocated buffer
128    after usage.
130    If *\*buffer* points to a non-*NULL* pointer (an already allocated buffer),
131    :cfunc:`PyArg_ParseTuple` will use this location as the buffer and
132    interpret the initial value of *\*buffer_length* as the buffer size.  It
133    will then copy the encoded data into the buffer and NUL-terminate it.  If
134    the buffer is not large enough, a :exc:`ValueError` will be set.
136    In both cases, *\*buffer_length* is set to the length of the encoded data
137    without the trailing NUL byte.
139 ``et#`` (string, Unicode object or character buffer compatible object) [const char \*encoding, char \*\*buffer, int \*buffer_length]
140    Same as ``es#`` except that string objects are passed through without
141    recoding them. Instead, the implementation assumes that the string object
142    uses the encoding passed in as parameter.
144 ``b`` (integer) [unsigned char]
145    Convert a nonnegative Python integer to an unsigned tiny int, stored in a C
146    :ctype:`unsigned char`.
148 ``B`` (integer) [unsigned char]
149    Convert a Python integer to a tiny int without overflow checking, stored in
150    a C :ctype:`unsigned char`.
152    .. versionadded:: 2.3
154 ``h`` (integer) [short int]
155    Convert a Python integer to a C :ctype:`short int`.
157 ``H`` (integer) [unsigned short int]
158    Convert a Python integer to a C :ctype:`unsigned short int`, without
159    overflow checking.
161    .. versionadded:: 2.3
163 ``i`` (integer) [int]
164    Convert a Python integer to a plain C :ctype:`int`.
166 ``I`` (integer) [unsigned int]
167    Convert a Python integer to a C :ctype:`unsigned int`, without overflow
168    checking.
170    .. versionadded:: 2.3
172 ``l`` (integer) [long int]
173    Convert a Python integer to a C :ctype:`long int`.
175 ``k`` (integer) [unsigned long]
176    Convert a Python integer or long integer to a C :ctype:`unsigned long`
177    without overflow checking.
179    .. versionadded:: 2.3
181 ``L`` (integer) [PY_LONG_LONG]
182    Convert a Python integer to a C :ctype:`long long`.  This format is only
183    available on platforms that support :ctype:`long long` (or :ctype:`_int64`
184    on Windows).
186 ``K`` (integer) [unsigned PY_LONG_LONG]
187    Convert a Python integer or long integer to a C :ctype:`unsigned long long`
188    without overflow checking.  This format is only available on platforms that
189    support :ctype:`unsigned long long` (or :ctype:`unsigned _int64` on
190    Windows).
192    .. versionadded:: 2.3
194 ``n`` (integer) [Py_ssize_t]
195    Convert a Python integer or long integer to a C :ctype:`Py_ssize_t`.
197    .. versionadded:: 2.5
199 ``c`` (string of length 1) [char]
200    Convert a Python character, represented as a string of length 1, to a C
201    :ctype:`char`.
203 ``f`` (float) [float]
204    Convert a Python floating point number to a C :ctype:`float`.
206 ``d`` (float) [double]
207    Convert a Python floating point number to a C :ctype:`double`.
209 ``D`` (complex) [Py_complex]
210    Convert a Python complex number to a C :ctype:`Py_complex` structure.
212 ``O`` (object) [PyObject \*]
213    Store a Python object (without any conversion) in a C object pointer.  The
214    C program thus receives the actual object that was passed.  The object's
215    reference count is not increased.  The pointer stored is not *NULL*.
217 ``O!`` (object) [*typeobject*, PyObject \*]
218    Store a Python object in a C object pointer.  This is similar to ``O``, but
219    takes two C arguments: the first is the address of a Python type object,
220    the second is the address of the C variable (of type :ctype:`PyObject\*`)
221    into which the object pointer is stored.  If the Python object does not
222    have the required type, :exc:`TypeError` is raised.
224 ``O&`` (object) [*converter*, *anything*]
225    Convert a Python object to a C variable through a *converter* function.
226    This takes two arguments: the first is a function, the second is the
227    address of a C variable (of arbitrary type), converted to :ctype:`void \*`.
228    The *converter* function in turn is called as follows::
230       status = converter(object, address);
232    where *object* is the Python object to be converted and *address* is the
233    :ctype:`void\*` argument that was passed to the :cfunc:`PyArg_Parse\*`
234    function.  The returned *status* should be ``1`` for a successful
235    conversion and ``0`` if the conversion has failed.  When the conversion
236    fails, the *converter* function should raise an exception and leave the
237    content of *address* unmodified.
239 ``S`` (string) [PyStringObject \*]
240    Like ``O`` but requires that the Python object is a string object.  Raises
241    :exc:`TypeError` if the object is not a string object.  The C variable may
242    also be declared as :ctype:`PyObject\*`.
244 ``U`` (Unicode string) [PyUnicodeObject \*]
245    Like ``O`` but requires that the Python object is a Unicode object.  Raises
246    :exc:`TypeError` if the object is not a Unicode object.  The C variable may
247    also be declared as :ctype:`PyObject\*`.
249 ``t#`` (read-only character buffer) [char \*, int]
250    Like ``s#``, but accepts any object which implements the read-only buffer
251    interface.  The :ctype:`char\*` variable is set to point to the first byte
252    of the buffer, and the :ctype:`int` is set to the length of the buffer.
253    Only single-segment buffer objects are accepted; :exc:`TypeError` is raised
254    for all others.
256 ``w`` (read-write character buffer) [char \*]
257    Similar to ``s``, but accepts any object which implements the read-write
258    buffer interface.  The caller must determine the length of the buffer by
259    other means, or use ``w#`` instead.  Only single-segment buffer objects are
260    accepted; :exc:`TypeError` is raised for all others.
262 ``w#`` (read-write character buffer) [char \*, Py_ssize_t]
263    Like ``s#``, but accepts any object which implements the read-write buffer
264    interface.  The :ctype:`char \*` variable is set to point to the first byte
265    of the buffer, and the :ctype:`Py_ssize_t` is set to the length of the
266    buffer.  Only single-segment buffer objects are accepted; :exc:`TypeError`
267    is raised for all others.
269 ``w*`` (read-write byte-oriented buffer) [Py_buffer \*]
270    This is to ``w`` what ``s*`` is to ``s``.
272    .. versionadded:: 2.6
274 ``(items)`` (tuple) [*matching-items*]
275    The object must be a Python sequence whose length is the number of format
276    units in *items*.  The C arguments must correspond to the individual format
277    units in *items*.  Format units for sequences may be nested.
279    .. note::
281       Prior to Python version 1.5.2, this format specifier only accepted a
282       tuple containing the individual parameters, not an arbitrary sequence.
283       Code which previously caused :exc:`TypeError` to be raised here may now
284       proceed without an exception.  This is not expected to be a problem for
285       existing code.
287 It is possible to pass Python long integers where integers are requested;
288 however no proper range checking is done --- the most significant bits are
289 silently truncated when the receiving field is too small to receive the value
290 (actually, the semantics are inherited from downcasts in C --- your mileage
291 may vary).
293 A few other characters have a meaning in a format string.  These may not occur
294 inside nested parentheses.  They are:
296 ``|``
297    Indicates that the remaining arguments in the Python argument list are
298    optional.  The C variables corresponding to optional arguments should be
299    initialized to their default value --- when an optional argument is not
300    specified, :cfunc:`PyArg_ParseTuple` does not touch the contents of the
301    corresponding C variable(s).
303 ``:``
304    The list of format units ends here; the string after the colon is used as
305    the function name in error messages (the "associated value" of the
306    exception that :cfunc:`PyArg_ParseTuple` raises).
308 ``;``
309    The list of format units ends here; the string after the semicolon is used
310    as the error message *instead* of the default error message.  ``:`` and
311    ``;`` mutually exclude each other.
313 Note that any Python object references which are provided to the caller are
314 *borrowed* references; do not decrement their reference count!
316 Additional arguments passed to these functions must be addresses of variables
317 whose type is determined by the format string; these are used to store values
318 from the input tuple.  There are a few cases, as described in the list of
319 format units above, where these parameters are used as input values; they
320 should match what is specified for the corresponding format unit in that case.
322 For the conversion to succeed, the *arg* object must match the format and the
323 format must be exhausted.  On success, the :cfunc:`PyArg_Parse\*` functions
324 return true, otherwise they return false and raise an appropriate exception.
325 When the :cfunc:`PyArg_Parse\*` functions fail due to conversion failure in
326 one of the format units, the variables at the addresses corresponding to that
327 and the following format units are left untouched.
330 .. cfunction:: int PyArg_ParseTuple(PyObject *args, const char *format, ...)
332    Parse the parameters of a function that takes only positional parameters
333    into local variables.  Returns true on success; on failure, it returns
334    false and raises the appropriate exception.
337 .. cfunction:: int PyArg_VaParse(PyObject *args, const char *format, va_list vargs)
339    Identical to :cfunc:`PyArg_ParseTuple`, except that it accepts a va_list
340    rather than a variable number of arguments.
343 .. cfunction:: int PyArg_ParseTupleAndKeywords(PyObject *args, PyObject *kw, const char *format, char *keywords[], ...)
345    Parse the parameters of a function that takes both positional and keyword
346    parameters into local variables.  Returns true on success; on failure, it
347    returns false and raises the appropriate exception.
350 .. cfunction:: int PyArg_VaParseTupleAndKeywords(PyObject *args, PyObject *kw, const char *format, char *keywords[], va_list vargs)
352    Identical to :cfunc:`PyArg_ParseTupleAndKeywords`, except that it accepts a
353    va_list rather than a variable number of arguments.
356 .. cfunction:: int PyArg_Parse(PyObject *args, const char *format, ...)
358    Function used to deconstruct the argument lists of "old-style" functions
359    --- these are functions which use the :const:`METH_OLDARGS` parameter
360    parsing method.  This is not recommended for use in parameter parsing in
361    new code, and most code in the standard interpreter has been modified to no
362    longer use this for that purpose.  It does remain a convenient way to
363    decompose other tuples, however, and may continue to be used for that
364    purpose.
367 .. cfunction:: int PyArg_UnpackTuple(PyObject *args, const char *name, Py_ssize_t min, Py_ssize_t max, ...)
369    A simpler form of parameter retrieval which does not use a format string to
370    specify the types of the arguments.  Functions which use this method to
371    retrieve their parameters should be declared as :const:`METH_VARARGS` in
372    function or method tables.  The tuple containing the actual parameters
373    should be passed as *args*; it must actually be a tuple.  The length of the
374    tuple must be at least *min* and no more than *max*; *min* and *max* may be
375    equal.  Additional arguments must be passed to the function, each of which
376    should be a pointer to a :ctype:`PyObject\*` variable; these will be filled
377    in with the values from *args*; they will contain borrowed references.  The
378    variables which correspond to optional parameters not given by *args* will
379    not be filled in; these should be initialized by the caller. This function
380    returns true on success and false if *args* is not a tuple or contains the
381    wrong number of elements; an exception will be set if there was a failure.
383    This is an example of the use of this function, taken from the sources for
384    the :mod:`_weakref` helper module for weak references::
386       static PyObject *
387       weakref_ref(PyObject *self, PyObject *args)
388       {
389           PyObject *object;
390           PyObject *callback = NULL;
391           PyObject *result = NULL;
393           if (PyArg_UnpackTuple(args, "ref", 1, 2, &object, &callback)) {
394               result = PyWeakref_NewRef(object, callback);
395           }
396           return result;
397       }
399    The call to :cfunc:`PyArg_UnpackTuple` in this example is entirely
400    equivalent to this call to :cfunc:`PyArg_ParseTuple`::
402       PyArg_ParseTuple(args, "O|O:ref", &object, &callback)
404    .. versionadded:: 2.2
406    .. versionchanged:: 2.5
407       This function used an :ctype:`int` type for *min* and *max*. This might
408       require changes in your code for properly supporting 64-bit systems.
411 .. cfunction:: PyObject* Py_BuildValue(const char *format, ...)
413    Create a new value based on a format string similar to those accepted by
414    the :cfunc:`PyArg_Parse\*` family of functions and a sequence of values.
415    Returns the value or *NULL* in the case of an error; an exception will be
416    raised if *NULL* is returned.
418    :cfunc:`Py_BuildValue` does not always build a tuple.  It builds a tuple
419    only if its format string contains two or more format units.  If the format
420    string is empty, it returns ``None``; if it contains exactly one format
421    unit, it returns whatever object is described by that format unit.  To
422    force it to return a tuple of size 0 or one, parenthesize the format
423    string.
425    When memory buffers are passed as parameters to supply data to build
426    objects, as for the ``s`` and ``s#`` formats, the required data is copied.
427    Buffers provided by the caller are never referenced by the objects created
428    by :cfunc:`Py_BuildValue`.  In other words, if your code invokes
429    :cfunc:`malloc` and passes the allocated memory to :cfunc:`Py_BuildValue`,
430    your code is responsible for calling :cfunc:`free` for that memory once
431    :cfunc:`Py_BuildValue` returns.
433    In the following description, the quoted form is the format unit; the entry
434    in (round) parentheses is the Python object type that the format unit will
435    return; and the entry in [square] brackets is the type of the C value(s) to
436    be passed.
438    The characters space, tab, colon and comma are ignored in format strings
439    (but not within format units such as ``s#``).  This can be used to make
440    long format strings a tad more readable.
442    ``s`` (string) [char \*]
443       Convert a null-terminated C string to a Python object.  If the C string
444       pointer is *NULL*, ``None`` is used.
446    ``s#`` (string) [char \*, int]
447       Convert a C string and its length to a Python object.  If the C string
448       pointer is *NULL*, the length is ignored and ``None`` is returned.
450    ``z`` (string or ``None``) [char \*]
451       Same as ``s``.
453    ``z#`` (string or ``None``) [char \*, int]
454       Same as ``s#``.
456    ``u`` (Unicode string) [Py_UNICODE \*]
457       Convert a null-terminated buffer of Unicode (UCS-2 or UCS-4) data to a
458       Python Unicode object.  If the Unicode buffer pointer is *NULL*,
459       ``None`` is returned.
461    ``u#`` (Unicode string) [Py_UNICODE \*, int]
462       Convert a Unicode (UCS-2 or UCS-4) data buffer and its length to a
463       Python Unicode object.   If the Unicode buffer pointer is *NULL*, the
464       length is ignored and ``None`` is returned.
466    ``i`` (integer) [int]
467       Convert a plain C :ctype:`int` to a Python integer object.
469    ``b`` (integer) [char]
470       Convert a plain C :ctype:`char` to a Python integer object.
472    ``h`` (integer) [short int]
473       Convert a plain C :ctype:`short int` to a Python integer object.
475    ``l`` (integer) [long int]
476       Convert a C :ctype:`long int` to a Python integer object.
478    ``B`` (integer) [unsigned char]
479       Convert a C :ctype:`unsigned char` to a Python integer object.
481    ``H`` (integer) [unsigned short int]
482       Convert a C :ctype:`unsigned short int` to a Python integer object.
484    ``I`` (integer/long) [unsigned int]
485       Convert a C :ctype:`unsigned int` to a Python integer object or a Python
486       long integer object, if it is larger than ``sys.maxint``.
488    ``k`` (integer/long) [unsigned long]
489       Convert a C :ctype:`unsigned long` to a Python integer object or a
490       Python long integer object, if it is larger than ``sys.maxint``.
492    ``L`` (long) [PY_LONG_LONG]
493       Convert a C :ctype:`long long` to a Python long integer object. Only
494       available on platforms that support :ctype:`long long`.
496    ``K`` (long) [unsigned PY_LONG_LONG]
497       Convert a C :ctype:`unsigned long long` to a Python long integer object.
498       Only available on platforms that support :ctype:`unsigned long long`.
500    ``n`` (int) [Py_ssize_t]
501       Convert a C :ctype:`Py_ssize_t` to a Python integer or long integer.
503       .. versionadded:: 2.5
505    ``c`` (string of length 1) [char]
506       Convert a C :ctype:`int` representing a character to a Python string of
507       length 1.
509    ``d`` (float) [double]
510       Convert a C :ctype:`double` to a Python floating point number.
512    ``f`` (float) [float]
513       Same as ``d``.
515    ``D`` (complex) [Py_complex \*]
516       Convert a C :ctype:`Py_complex` structure to a Python complex number.
518    ``O`` (object) [PyObject \*]
519       Pass a Python object untouched (except for its reference count, which is
520       incremented by one).  If the object passed in is a *NULL* pointer, it is
521       assumed that this was caused because the call producing the argument
522       found an error and set an exception. Therefore, :cfunc:`Py_BuildValue`
523       will return *NULL* but won't raise an exception.  If no exception has
524       been raised yet, :exc:`SystemError` is set.
526    ``S`` (object) [PyObject \*]
527       Same as ``O``.
529    ``N`` (object) [PyObject \*]
530       Same as ``O``, except it doesn't increment the reference count on the
531       object.  Useful when the object is created by a call to an object
532       constructor in the argument list.
534    ``O&`` (object) [*converter*, *anything*]
535       Convert *anything* to a Python object through a *converter* function.
536       The function is called with *anything* (which should be compatible with
537       :ctype:`void \*`) as its argument and should return a "new" Python
538       object, or *NULL* if an error occurred.
540    ``(items)`` (tuple) [*matching-items*]
541       Convert a sequence of C values to a Python tuple with the same number of
542       items.
544    ``[items]`` (list) [*matching-items*]
545       Convert a sequence of C values to a Python list with the same number of
546       items.
548    ``{items}`` (dictionary) [*matching-items*]
549       Convert a sequence of C values to a Python dictionary.  Each pair of
550       consecutive C values adds one item to the dictionary, serving as key and
551       value, respectively.
553    If there is an error in the format string, the :exc:`SystemError` exception
554    is set and *NULL* returned.
556 .. cfunction:: PyObject* Py_VaBuildValue(const char *format, va_list vargs)
558    Identical to :cfunc:`Py_BuildValue`, except that it accepts a va_list
559    rather than a variable number of arguments.