记录生活
简单不先于复杂

你试过C语言和Python一起混合编程吗?两者相加不是已经无敌了!

C语言是编程语言的祖母,但是随着一代一代的编程语言长大,所以祖母也是会拍在沙滩上的,很多小小伙伴应该都会学过或者了解C语言,因为软件系的会教嘛,但是Python我想很多人都没学过,下面小编给大家介绍下,C语言和Python一起混合编程会产生什么不一样的火花吧!

9166b09a1980b92

93d3896b04a85c3

在Mac OS X 下的编译命令同上

cd795fb5a148dcc

产生可执行文件后,直接运行,结果为输出

1

2

Hello Python!

Python库函数PyRun_SimpleString可以执行字符串形式的Python代码。

虽然非常简单,但这段代码除了能用C语言动态生成一些Python代码之外,并没有什么用处。我们需要的是C语言的数据结构能够和Python交互。

下面举个例子,比如说,有一天我们用Python写了一个功能特别强大的函数:

159e1aebc834e90

8a159483ae28076

从上述代码可以窥见Python内部运行的方式:

  • 所有Python元素,module、function、tuple、string等等,实际上都是PyObject。C语言里操纵它们,一律使用PyObject *。
  • Python的类型与C语言类型可以相互转换。Python类型XXX转换为C语言类型YYY要使用PyXXXAsYYY函数;C类型YYY转换为Python类型XXX要使用PyXXXFromYYY函数。
  • 也可以创建Python类型的变量,使用PyXXX_New可以创建类型为XXX的变量。
  • 若a是Tuple,则a[i] = b对应于 PyTupleSetItem(a,i,b),有理由相信还有一个函数PyTupleGetItem完成取得某一项的值。
  • 不仅Python语言很优雅,Python的库函数API也非常优雅。

现在我们得到了一个C语言的函数了,可以写一个main测试它

a5301f156f7d411

编译的方式就用本节开头使用的方法。

在Linux/Mac OSX运行此示例之前,可能先需要设置环境变量:

bash:

1

2

export PYTHONPATH=.:$PYTHONPATH

csh:

1

2

setenv PYTHONPATH.:$PYTHONPATH

2 Python 调用 C/C++(基础篇)

这种做法称为Python扩展。

比如说,我们有一个功能强大的C函数

985f66893e05a66

9dbbaf7b1f2cc5d

除了功能强大的函数great_function外,这个文件中还有以下部分:

  • 包裹函数greatfunction。它负责将Python的参数转化为C的参数(PyArgParseTuple),调用实际的greatfunction,并处理great_function的返回值,最终返回给Python环境。
  • 导出表GreateModuleMethods。它负责告诉Python这个模块里有哪些函数可以被Python调用。导出表的名字可以随便起,每一项有4个参数:第一个参数是提供给Python环境的函数名称,第二个参数是greatfunction,即包裹函数。第三个参数的含义是参数变长,第四个参数是一个说明性的字符串。导出表总是以{NULL, NULL, 0, NULL}结束。
  • 导出函数initgreat_module。这个的名字不是任取的,是你的module名称添加前缀init。导出函数中将模块名称与导出表进行连接。

在Windows下面,在Visual Studio命令提示符下编译这个文件的命令是

1b05cc2456b0d47

本部分参考资料

  • 《Python源码剖析-深度探索动态语言核心技术》是系统介绍CPython实现以及运行原理的优秀教程。
  • Python 官方文档的这一章详细介绍了C/C++与Python的双向互动Extending and Embedding the Python Interpreter _ _
  • 关于编译环境,本文所述方法仅为出示原理所用。规范的方式如下:3. Building C and C++ Extensions with distutils _ _
  • 作为字典使用的官方参考文档Python/C API Reference Manual _ _

b4333b4f376e88c

这其中有非Python关键字cdef和public。这些关键字属于Cython。由于我们需要在C语言中使用“编译好的Python代码”,所以得让great_function从外面变得可见,方法就以“public”修饰。而cdef类似于Python的def,只有使用cdef才可以使用Cython的关键字public。

这个函数中其他的部分与正常的Python代码是一样的。

接下来编译 great_module.pyx

bebbfd76eb6dcbc

d0fac01c4d6edd8

编译命令和第一部分相同:

在Windows下编译命令为

604a32567c8f176

bf2b026b5c1c231

在Visual Studio命令提示符下编译:

1

2

cl/LD dllmain.cgreat_module.c-IC:Python27includeC:Python27libspython27.lib

会得到一个dllmain.dll。我们在Excel里面使用它,没错,传说中的Excel与Python混合编程:

6289c6dcb4e9807

参考资料:Cython的官方文档,质量非常高:

9e31751f63f6092

59e7a900b481ec2

接下来使用SWIG将这个配置文件编译为所谓Python Module Wrapper

1

2

swig-python mymodule.i

得到一个 mymodule_wrap.c和一个mymodule.py。把它编译为Python扩展:

Windows:

1

2

cl/LD mymodule_wrap.c/o_mymodule.pyd-IC:Python27includeC:Python27libspython27.lib

Linux:

1

2

gcc-fPIC-shared mymodule_wrap.c-o_mymodule.so-I/usr/include/python2.7/-lpython2.7

注意输出文件名前面要加一个下划线。

现在可以立即在Python下使用这个module了:

f9c69e62720fb20

换句话说,SWIG自动完成了诸如Python类型转换、module初始化、导出代码表生成的诸多工作。

对于C++,SWIG也可以应对。例如以下代码有C++类的定义:

da92c04780952b1

f71bf6593ba114e

写在最后:

由于CPython自身的结构设计合理,使得Python的C/C++扩展非常容易。如果打算快速完成任务,Cython(C/C++调用Python)和SWIG(Python调用C/C++)是很不错的选择。但是,一旦涉及到比较复杂的转换任务,无论是继续使用Cython还是SWIG,仍然需要学习Python源代码。

赞(0)
未经允许不得转载:爱安普 » 你试过C语言和Python一起混合编程吗?两者相加不是已经无敌了!