返回 ndarray 的字典会导致使用 boost python 的内存泄漏

Question

我正在为 python 编写一个 c++ 模块。它需要一张图像，进行一些处理并返回一个图像字典。我有内存泄漏，我不知道为什么..

我使用opencv-ndarray-conversion 在cv::Mat 和numpy.ndarray 之间进行转换

我使用Boost.Python将c++代码转换为python模块。

我使用下面的python代码来测试c++模块，同时运行htop来检查内存使用情况。

import cv2
import this_cpp_module

for i in xrange(100000):
    img = cv2.imread('a_640x480x3_image.png')
    ret = this_cpp_module.func(img)
    #this 'func' is mapping to one of the following c++ functions, using Boost.Python:
    #    func1, func2 or func3.

1、转换图片不会导致内存泄漏

using namespace boost::python;
PyObject * func1(PyObject *image)
{
    NDArrayConverter cvt;
    cv::Mat mat;
    mat = cvt.toMat(image);
    PyObject* ret = cvt.toNDArray(mat);
    return ret;
}

2、构造字典并将图像放入其中不会导致内存泄漏

using namespace boost::python;
dict func2(PyObject *image)
{
    dict pyDict;    
    object objImage(handle<>(borrowed(image)));
    pyDict[std::string("key")] = objImage;    
    return pyDict;
}

3，但是将它们组合起来会导致内存泄漏（每个循环大约 1MB）

dict func3(PyObject *image)
{
    return func2(func1(image));
}

我想不通。一切对我来说似乎都是正确的，但将它们组合在一起只会导致这个问题。

Answer 1

泄漏是func3() 从未正确处理func1() 返回的临时拥有的引用的结果。要解决此问题，func3() 需要执行以下操作之一：

• 在从func3() 返回之前，对从func1() 返回的拥有引用显式调用Py_DECREF()。
• 使用boost::python::handle 管理func1() 返回的值，因为当handle 被销毁时，它将减少对象的引用计数。

例如，func3() 可以写成：

boost::python::dict func3(PyObject* image)
{
  // func1() returns an owned reference, so create a handle to keep the
  // object alive for at least as long as the handle remains alive.  The
  // handle will properly dispose of the reference.
  boost::python::handle<> handle(func1(image));
  return func2(handle.get());
}

关于原问题，当func1()返回时，返回的对象有一个reference count of 1。从func2() 和func3() 返回后，对象的引用计数为2。当从func3()返回的dict被销毁时，最初从func1()返回的对象的引用计数将减少1，导致泄漏对象的引用计数为1。

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这是一个基于原始代码的完整最小示例：

#include <boost/python.hpp>

PyObject* func1(PyObject*)
{
  return PyList_New(0);
}

boost::python::dict func2(PyObject* obj)
{
  namespace python = boost::python;
  python::dict dict;
  python::handle<> handle(python::borrowed(obj));
  dict[std::string("key")] = python::object(handle);
  return dict;
}

boost::python::dict func3(PyObject* obj)
{
  // Fails to properly dispose of the owned reference returned by func1(),
  // resulting in a leak.
  return func2(func1(obj));
}

boost::python::dict func4(PyObject* obj)
{
  // func1() returns an owned reference, so create a handle to keep the
  // object alive for at least as long as the handle remains alive.  The
  // handle will properly dispose of the reference.
  boost::python::handle<> handle(func1(obj));
  return func2(handle.get());
}

BOOST_PYTHON_MODULE(example)
{
  namespace python = boost::python;
  python::def("func1", &func1);
  python::def("func2", &func2);
  python::def("func3", &func3);
  python::def("func4", &func4);
}

互动使用：

>>> from sys import getrefcount
>>> import example
>>> x = example.func1(None)
>>> assert(2 == getrefcount(x)) # refs: x and getrefcount
>>> d = example.func2(x)
>>> assert(3 == getrefcount(x)) # refs: x, d["key"], and getrefcount
>>> d = None
>>> assert(2 == getrefcount(x)) # refs: x and getrefcount
>>> d = example.func3(None)
>>> x = d["key"]
>>> assert(4 == getrefcount(x)) # refs: x, d["key"], getrefcount, and one leak
>>> d = None
>>> assert(3 == getrefcount(x)) # refs: x, getrefcount, and one leak
>>> d = example.func4(None)
>>> x = d["key"]
>>> assert(3 == getrefcount(x)) # refs: x, d["key"], and getrefcount
>>> d = None
>>> assert(2 == getrefcount(x)) # refs: x and getrefcount