一、問(wèn)題
Python模塊和C/C++的動(dòng)態(tài)庫(kù)間相互調(diào)用在實(shí)際的應(yīng)用中會(huì)有所涉及，在此作一總結(jié)。
二、Python調(diào)用C/C++
1、Python調(diào)用C動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)
Python調(diào)用C庫(kù)比較簡(jiǎn)單，不經(jīng)過(guò)任何封裝打包成so，再使用python的ctypes調(diào)用即可。
（1）C語(yǔ)言文件：pycall.c
/***gcc -o libpycall.so -shared -fPIC pycall.c*/
#include stdio.h>
#include stdlib.h>
int foo(int a, int b)
{
printf("you input %d and %d\n", a, b);
return a+b;
}
（2）gcc編譯生成動(dòng)態(tài)庫(kù)libpycall.so：gcc -o libpycall.so -shared -fPIC pycall.c。使用g++編譯生成C動(dòng)態(tài)庫(kù)的代碼中的函數(shù)或者方法時(shí)，需要使用extern "C"來(lái)進(jìn)行編譯。
（3）Python調(diào)用動(dòng)態(tài)庫(kù)的文件：pycall.py
import ctypes
ll = ctypes.cdll.LoadLibrary
lib = ll("./libpycall.so")
lib.foo(1, 3)
print '***finish***'
（4）運(yùn)行結(jié)果：
2、Python調(diào)用C++(類)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)
需要extern "C"來(lái)輔助，也就是說(shuō)還是只能調(diào)用C函數(shù)，不能直接調(diào)用方法，但是能解析C++方法。不是用extern "C"，構(gòu)建后的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)沒(méi)有這些函數(shù)的符號(hào)表。
（1）C++類文件：pycallclass.cpp
#include iostream>
using namespace std;
class TestLib
{
public:
void display();
void display(int a);
};
void TestLib::display() {
cout"First display"endl;
}
void TestLib::display(int a) {
cout"Second display:"aendl;
}
extern "C" {
TestLib obj;
void display() {
obj.display();
}
void display_int() {
obj.display(2);
}
}
（2）g++編譯生成動(dòng)態(tài)庫(kù)libpycall.so：g++ -o libpycallclass.so -shared -fPIC pycallclass.cpp。
（3）Python調(diào)用動(dòng)態(tài)庫(kù)的文件：pycallclass.py
import ctypes
so = ctypes.cdll.LoadLibrary
lib = so("./libpycallclass.so")
print 'display()'
lib.display()
print 'display(100)'
lib.display_int(100)
（4）運(yùn)行結(jié)果：
3、Python調(diào)用C/C++可執(zhí)行程序
（1）C/C++程序：main.cpp
#include iostream>
using namespace std;
int test()
{
int a = 10, b = 5;
return a+b;
}
int main()
{
cout"---begin---"endl;
int num = test();
cout"num="numendl;
cout"---end---"endl;
}
（2）編譯成二進(jìn)制可執(zhí)行文件：g++ -o testmain main.cpp。
（3） Python調(diào)用程序：main.py
import commands
import os
main = "./testmain"
if os.path.exists(main):
rc, out = commands.getstatusoutput(main)
print 'rc = %d, \nout = %s' % (rc, out)
print '*'*10
f = os.popen(main)
data = f.readlines()
f.close()
print data
print '*'*10
os.system(main)
（4）運(yùn)行結(jié)果：
4、擴(kuò)展Python（C++為Python編寫擴(kuò)展模塊）
所有能被整合或?qū)氲狡渌黳ython腳本的代碼，都可以被稱為擴(kuò)展。可以用Python來(lái)寫擴(kuò)展，也可以用C和C++之類的編譯型的語(yǔ)言來(lái)寫擴(kuò)展。Python在設(shè)計(jì)之初就考慮到要讓模塊的導(dǎo)入機(jī)制足夠抽象。抽象到讓使用模塊的代碼無(wú)法了解到模塊的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。Python的可擴(kuò)展性具有的優(yōu)點(diǎn)：方便為語(yǔ)言增加新功能、具有可定制性、代碼可以實(shí)現(xiàn)復(fù)用等。
為 Python 創(chuàng)建擴(kuò)展需要三個(gè)主要的步驟：創(chuàng)建應(yīng)用程序代碼、利用樣板來(lái)包裝代碼和編譯與測(cè)試。
（1）創(chuàng)建應(yīng)用程序代碼
#include stdio.h>
#include stdlib.h>
#include string.h>
int fac(int n)
{
if (n 2) return(1); /* 0! == 1! == 1 */
return (n)*fac(n-1); /* n! == n*(n-1)! */
}
char *reverse(char *s)
{
register char t, /* tmp */
*p = s, /* fwd */
*q = (s + (strlen(s) - 1)); /* bwd */
while (p q) /* if p q */
{
t = *p; /* swap move ptrs */
*p++ = *q;
*q-- = t;
}
return(s);
}
int main()
{
char s[BUFSIZ];
printf("4! == %d\n", fac(4));
printf("8! == %d\n", fac(8));
printf("12! == %d\n", fac(12));
strcpy(s, "abcdef");
printf("reversing 'abcdef', we get '%s'\n", \
reverse(s));
strcpy(s, "madam");
printf("reversing 'madam', we get '%s'\n", \
reverse(s));
return 0;
}
上述代碼中有兩個(gè)函數(shù)，一個(gè)是遞歸求階乘的函數(shù)fac()；另一個(gè)reverse()函數(shù)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的字符串反轉(zhuǎn)算法，其主要目的是修改傳入的字符串，使其內(nèi)容完全反轉(zhuǎn)，但不需要申請(qǐng)內(nèi)存后反著復(fù)制的方法。
（2）用樣板來(lái)包裝代碼
接口的代碼被稱為“樣板”代碼，它是 應(yīng)用程序代碼與Python解釋器之間進(jìn)行交互所必不可少的一部分。樣板主要分為4步：a、包含Python的頭文件；b、為每個(gè)模塊的每一個(gè)函數(shù)增加一個(gè)型如PyObject* Module_func()的包裝函數(shù)；c、為每個(gè)模塊增加一個(gè)型如PyMethodDef ModuleMethods[]的數(shù)組；d、增加模塊初始化函數(shù)void initModule()。
#include stdio.h>
#include stdlib.h>
#include string.h>
int fac(int n)
{
if (n 2) return(1);
return (n)*fac(n-1);
}
char *reverse(char *s)
{
register char t,
*p = s,
*q = (s + (strlen(s) - 1));
while (s (p q))
{
t = *p;
*p++ = *q;
*q-- = t;
}
return(s);
}
int test()
{
char s[BUFSIZ];
printf("4! == %d\n", fac(4));
printf("8! == %d\n", fac(8));
printf("12! == %d\n", fac(12));
strcpy(s, "abcdef");
printf("reversing 'abcdef', we get '%s'\n", \
reverse(s));
strcpy(s, "madam");
printf("reversing 'madam', we get '%s'\n", \
reverse(s));
return 0;
}
#include "Python.h"
static PyObject *
Extest_fac(PyObject *self, PyObject *args)
{
int num;
if (!PyArg_ParseTuple(args, "i", num))
return NULL;
return (PyObject*)Py_BuildValue("i", fac(num));
}
static PyObject *
Extest_doppel(PyObject *self, PyObject *args)
{
char *orig_str;
char *dupe_str;
PyObject* retval;
if (!PyArg_ParseTuple(args, "s", orig_str))
return NULL;
retval = (PyObject*)Py_BuildValue("ss", orig_str,
dupe_str=reverse(strdup(orig_str)));
free(dupe_str); #防止內(nèi)存泄漏
return retval;
}
static PyObject *
Extest_test(PyObject *self, PyObject *args)
{
test();
return (PyObject*)Py_BuildValue("");
}
static PyMethodDef
ExtestMethods[] =
{
{ "fac", Extest_fac, METH_VARARGS },
{ "doppel", Extest_doppel, METH_VARARGS },
{ "test", Extest_test, METH_VARARGS },
{ NULL, NULL },
};
void initExtest()
{
Py_InitModule("Extest", ExtestMethods);
}
Python.h頭文件在大多數(shù)類Unix系統(tǒng)中會(huì)在/usr/local/include/python2.x或/usr/include/python2.x目錄中，系統(tǒng)一般都會(huì)知道文件安裝的路徑。
增加包裝函數(shù)，所在模塊名為Extest，那么創(chuàng)建一個(gè)包裝函數(shù)叫Extest_fac()，在Python腳本中使用是先import Extest，然后調(diào)用Extest.fac()，當(dāng) Extest.fac()被調(diào)用時(shí)，包裝函數(shù) Extest_fac()會(huì)被調(diào)用，包裝函數(shù)接受一個(gè) Python的整數(shù)參數(shù)，把它轉(zhuǎn)為C的整數(shù)，然后調(diào)用C的fac()函數(shù)，得到一個(gè)整型的返回值，最后把這個(gè)返回值轉(zhuǎn)為Python的整型數(shù)做為整個(gè)函數(shù)調(diào)用的結(jié)果返回回去。其他兩個(gè)包裝函數(shù)Extest_doppel()和Extest_test()類似。
從Python到C的轉(zhuǎn)換用PyArg_Parse*系列函數(shù)， int PyArg_ParseTuple()：把Python傳過(guò)來(lái)的參數(shù)轉(zhuǎn)為C；int PyArg_ParseTupleAndKeywords()與PyArg_ParseTuple()作用相同，但是同時(shí)解析關(guān)鍵字參數(shù)；它們 的用法跟C的sscanf函數(shù)很像，都接受一個(gè)字符串流，并根據(jù)一個(gè)指定的格式字符串進(jìn)行解析，把結(jié)果放入到相應(yīng)的指針?biāo)傅淖兞恐腥?，它們的返回值?表示解析成功，返回值為0表示失敗。 從C到Python的轉(zhuǎn)換函數(shù)是PyObject* Py_BuildValue()：把C的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為Python的一個(gè)對(duì)象或一組對(duì)象，然后返回之；Py_BuildValue的用法跟sprintf很像，把所有的參數(shù)按格式字符串所指定的格式轉(zhuǎn)換成一個(gè)Python的對(duì)象。
C與Python之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換代碼：
為每個(gè)模塊增加一個(gè)型如PyMethodDef ModuleMethods[]的數(shù)組，以便于Python解釋器能夠?qū)氩⒄{(diào)用它們，每一個(gè)數(shù)組都包含了函數(shù)在Python中的名字，相應(yīng)的包裝函數(shù)的名字以及一個(gè)METH_VARARGS常量，METH_VARARGS表示參數(shù)以tuple形式傳入。 若需要使用 PyArg_ParseTupleAndKeywords()函數(shù)來(lái)分析命名參數(shù)的話，還需要讓這個(gè)標(biāo)志常量與METH_KEYWORDS常量進(jìn)行邏輯與運(yùn)算常量 。數(shù)組最后用兩個(gè)NULL來(lái)表示函數(shù)信息列表的結(jié)束。
所有工作的最后一部分就是模塊的初始化函數(shù)，調(diào)用Py_InitModule()函數(shù)，并把模塊名和ModuleMethods[]數(shù)組的名字傳遞進(jìn)去，以便于解釋器能正確的調(diào)用模塊中的函數(shù)。
（3）編譯
為了讓新Python的擴(kuò)展能被創(chuàng)建，需要把它們與Python庫(kù)放在一起編譯，distutils包被用來(lái)編譯、安裝和分發(fā)這些模塊、擴(kuò)展和包。
創(chuàng)建一個(gè)setup.py 文件，編譯最主要的工作由setup()函數(shù)來(lái)完成：
#!/usr/bin/env python
from distutils.core import setup, Extension
MOD = 'Extest'
setup(name=MOD, ext_modules=[Extension(MOD, sources=['Extest2.c'])])
Extension()第一個(gè)參數(shù)是(完整的)擴(kuò)展的名字，如果模塊是包的一部分的話，還要加上用'.'分隔的完整的包的名字。上述的擴(kuò)展是獨(dú)立的，所以名字只要寫"Extest"就行；sources參數(shù)是所有源代碼的文件列表，只有一個(gè)文件Extest2.c。setup需要兩個(gè)參數(shù)：一個(gè)名字參數(shù)表示要編譯哪個(gè)內(nèi)容；另一個(gè)列表參數(shù)列出要編譯的對(duì)象，上述要編譯的是一個(gè)擴(kuò)展，故把ext_modules參數(shù)的值設(shè)為擴(kuò)展模塊的列表。
運(yùn)行setup.py build命令就可以開(kāi)始編譯我們的擴(kuò)展了，提示部分信息：
creating build/lib.linux-x86_64-2.6
gcc -pthread -shared build/temp.linux-x86_64-2.6/Extest2.o -L/usr/lib64 -lpython2.6 -o build/lib.linux-x86_64-2.6/Extest.so
（4）導(dǎo)入和測(cè)試
你的擴(kuò)展會(huì)被創(chuàng)建在運(yùn)行setup.py腳本所在目錄下的build/lib.*目錄中，可以切換到那個(gè)目錄中來(lái)測(cè)試模塊，或者也可以用命令把它安裝到Python中：python setup.py install，會(huì)提示相應(yīng)信息。
測(cè)試模塊：
（5）引用計(jì)數(shù)和線程安全
Python對(duì)象引用計(jì)數(shù)的宏：Py_INCREF(obj)增加對(duì)象obj的引用計(jì)數(shù)，Py_DECREF(obj)減少對(duì)象obj的引用計(jì)數(shù)。Py_INCREF()和Py_DECREF()兩個(gè)函數(shù)也有一個(gè)先檢查對(duì)象是否為空的版本，分別為Py_XINCREF()和Py_XDECREF()。
編譯擴(kuò)展的程序員必須要注意，代碼有可能會(huì)被運(yùn)行在一個(gè)多線程的Python環(huán)境中。這些線程使用了兩個(gè)C宏P(guān)y_BEGIN_ALLOW_THREADS和Py_END_ALLOW_THREADS， 通過(guò)將代碼和線程隔離，保證了運(yùn)行和非運(yùn)行時(shí)的安全性，由這些宏包裹的代碼將會(huì)允許其他線程的運(yùn)行。
三、C/C++調(diào)用Python
C++可以調(diào)用Python腳本，那么就可以寫一些Python的腳本接口供C++調(diào)用了，至少可以把Python當(dāng)成文本形式的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，
需要的時(shí)候還可以改一改，只要不改變接口。缺點(diǎn)是C++的程序一旦編譯好了，再改就沒(méi)那么方便了。
（1）Python腳本：pytest.py
#test function
def add(a,b):
print "in python function add"
print "a = " + str(a)
print "b = " + str(b)
print "ret = " + str(a+b)
return
def foo(a):
print "in python function foo"
print "a = " + str(a)
print "ret = " + str(a * a)
return
class guestlist:
def __init__(self):
print "aaaa"
def p():
print "bbbbb"
def __getitem__(self, id):
return "ccccc"
def update():
guest = guestlist()
print guest['aa']
#update()
（2）C++代碼：
/**g++ -o callpy callpy.cpp -I/usr/include/python2.6 -L/usr/lib64/python2.6/config -lpython2.6**/
#include Python.h>
int main(int argc, char** argv)
{
// 初始化Python
//在使用Python系統(tǒng)前，必須使用Py_Initialize對(duì)其
//進(jìn)行初始化。它會(huì)載入Python的內(nèi)建模塊并添加系統(tǒng)路
//徑到模塊搜索路徑中。這個(gè)函數(shù)沒(méi)有返回值，檢查系統(tǒng)
//是否初始化成功需要使用Py_IsInitialized。
Py_Initialize();
// 檢查初始化是否成功
if ( !Py_IsInitialized() ) {
return -1;
}
// 添加當(dāng)前路徑
//把輸入的字符串作為Python代碼直接運(yùn)行，返回0
//表示成功，-1表示有錯(cuò)。大多時(shí)候錯(cuò)誤都是因?yàn)樽址?
//中有語(yǔ)法錯(cuò)誤。
PyRun_SimpleString("import sys");
PyRun_SimpleString("print '---import sys---'");
PyRun_SimpleString("sys.path.append('./')");
PyObject *pName,*pModule,*pDict,*pFunc,*pArgs;
// 載入名為pytest的腳本
pName = PyString_FromString("pytest");
pModule = PyImport_Import(pName);
if ( !pModule ) {
printf("can't find pytest.py");
getchar();
return -1;
}
pDict = PyModule_GetDict(pModule);
if ( !pDict ) {
return -1;
}
// 找出函數(shù)名為add的函數(shù)
printf("----------------------\n");
pFunc = PyDict_GetItemString(pDict, "add");
if ( !pFunc || !PyCallable_Check(pFunc) ) {
printf("can't find function [add]");
getchar();
return -1;
}
// 參數(shù)進(jìn)棧
PyObject *pArgs;
pArgs = PyTuple_New(2);
// PyObject* Py_BuildValue(char *format, ...)
// 把C++的變量轉(zhuǎn)換成一個(gè)Python對(duì)象。當(dāng)需要從
// C++傳遞變量到Python時(shí)，就會(huì)使用這個(gè)函數(shù)。此函數(shù)
// 有點(diǎn)類似C的printf，但格式不同。常用的格式有
// s 表示字符串，
// i 表示整型變量，
// f 表示浮點(diǎn)數(shù)，
// O 表示一個(gè)Python對(duì)象。
PyTuple_SetItem(pArgs, 0, Py_BuildValue("l",3));
PyTuple_SetItem(pArgs, 1, Py_BuildValue("l",4));
// 調(diào)用Python函數(shù)
PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
//下面這段是查找函數(shù)foo 并執(zhí)行foo
printf("----------------------\n");
pFunc = PyDict_GetItemString(pDict, "foo");
if ( !pFunc || !PyCallable_Check(pFunc) ) {
printf("can't find function [foo]");
getchar();
return -1;
}
pArgs = PyTuple_New(1);
PyTuple_SetItem(pArgs, 0, Py_BuildValue("l",2));
PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
printf("----------------------\n");
pFunc = PyDict_GetItemString(pDict, "update");
if ( !pFunc || !PyCallable_Check(pFunc) ) {
printf("can't find function [update]");
getchar();
return -1;
}
pArgs = PyTuple_New(0);
PyTuple_SetItem(pArgs, 0, Py_BuildValue(""));
PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
Py_DECREF(pName);
Py_DECREF(pArgs);
Py_DECREF(pModule);
// 關(guān)閉Python
Py_Finalize();
return 0;
}
（3）C++編譯成二進(jìn)制可執(zhí)行文件：g++ -o callpy callpy.cpp -I/usr/include/python2.6 -L/usr/lib64/python2.6/config -lpython2.6，編譯選項(xiàng)需要手動(dòng)指定Python的include路徑和鏈接接路徑（Python版本號(hào)根據(jù)具體情況而定）。
（4）運(yùn)行結(jié)果：
四、總結(jié)
（1）Python和C/C++的相互調(diào)用僅是測(cè)試代碼，具體的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)還得參考Python的API文檔。
（2）兩者交互，C++可為Python編寫擴(kuò)展模塊，Python也可為C++提供腳本接口，更加方便于實(shí)際應(yīng)用。
以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教。
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