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使用C++擴展Python的功能詳解

發布時間:2020-09-30 15:00:06 來源:腳本之家 閱讀:119 作者:mingz2013 欄目:開發技術

本文主要研究的是使用C++擴展Python的功能的相關問題,具體如下。

環境

VS2005Python2.5.4Windows7(32位)

簡介

長話短說,這里說的擴展Python功能與直接用其它語言寫一個動態鏈接庫,然后讓Python來調用有點不一樣(雖然本質是一樣的)。而是指使用Python本身提供的API,使用C++來對Python進行功能性擴展,可以這樣理解,使用更高效的語言實現一些算法計算等等需要更高執行效率的核心(或者需要與系統進行密切交互的)模塊,然后讓Python像調用內建標準庫的方式來調用這些模塊,聽起來是不是很誘人?!在軟件技術高速發展的今天,借助幾種計算機語言來實現一個系統的例子數不勝數,目的不外乎就是性能和便利的平衡。譬如本文要討論的使用C++來擴展Python就是Python和C++的一種巧妙的有機結合,好處不言而喻,既可以獲得和C++相似的執行性能,又可以利用Python的開發靈活性。由于Python本身是使用C實現的,二者結合起來還是比較容易的。

基本流程

本文不適合這樣的讀者——對Python完全不了解或者對C\C++完全不了解,道理你們懂的。另外就是Python里面有6種基本數據類型。你需要了解如何在C和Python之間對這些類型進行轉化(這不在本文討論范圍,可以參考[1])。

言歸正傳,感覺前面說得太多了,實際上很簡單,因此我決定少說多做。一個C++的Python擴展模塊至少應該有導出函數,方法列表和初始化函數三個部分。我們用VS2005這個強大的工具開工!一般來說,你應該建一個Dll工程(至于使用exe來擴展Python可以不可以,暫時還沒研究過)。下面按部就班的說明(關鍵說明在注釋部分)。

一、初始化函數

//-------------------------------------------------------------------------
// 函數    : initPyExt
// 功能    : 初始化函數
// 返回值   :PyMODINIT_FUNC
// 附注    : 注意,這個函數的名字不能改動。必須是init+模塊名字,
// 我們的模塊名字是PyExt,所以函數名是initPyExt。Python在導入
// 我們的PyExt模塊時,會找到這個函數,并調用。這個函數實現的
// 功能很簡單,通過調用Py_InitModule將模塊名字和映射表結合起
// 來,它的意思是說PyExt這個模塊使用PyExtMethods這個映射表。
//-------------------------------------------------------------------------
PyMODINIT_FUNCinitPyExt()
{
    Py_InitModule("PyExt",PyExtMethods);
}

二、方法列表

/*
   方法列表,這個是一個C結構數組。把需要擴展的函數都映射到這個表里。
   那么Python就知道你的這個擴展模塊支持一些什么方法了。表的第一個字
   段是方法名字,也是通過Python來調用時的名字。第二個字段是導出函數,
   是真正調用的函數,也是C\C++實現的函數。第三個參數是指明Python向
   C\C++函數傳遞參數的形式。可選的兩種方式是METH_VARARGS和
   METH_KEYWORDS,其中METH_VARARGS是參數傳遞的標準形式,它通
   過Python的元組在Python解釋器和C函數之間傳遞參數,若采用
   METH_KEYWORD方式,則Python解釋器和C函數之間將通過Python的字典
   類型在兩者之間進行參數傳遞。第四個字段是這個函數的說明。如果你在
   python里來help這個函數,將顯示這個說明。相當于在python里的函數的文檔說明。
*/
staticPyMethodDefPyExtMethods[]=
{
    {"Add", Add,METH_VARARGS,"Addtwo number - edit by magictong."},
    {"ExecSystem",ExecSystem,METH_VARARGS,"Execute a shell command - edit bymagictong." },
    {NULL,NULL, 0,NULL}
};

三、導出函數

//-------------------------------------------------------------------------
// 函數    : Add
// 功能    : 這是一個加法函數
// 返回值   :PyObject*
// 參數    : PyObject*self 這個參數我們暫時不用理會
// 參數    : PyObject*args 是一個參數列表,我們需要從它解析出參數
// 附注    :
// 所有的導出函數都具有相同的原型:
// PyObject*method(PyObject* self, PyObject* args);
//PyArg_ParseTuple來完成解析參數任務。它的第一個參數是args,
// 就是我們要轉換的參數。第二個是格式符號。"s"代表是個string。
// 從args里提取一個參數就寫"s",兩個的話就寫"s|s",如果是一個
// string,一個int,就寫"s|i",有點和printf類似哦。第三個參數就是
// 提取出來的參數放置的真正位置。必須傳遞這個參數的地址。
//-------------------------------------------------------------------------
staticPyObject*Add(PyObject*self,PyObject*args)
{
    intx = 0 ;
    inty = 0;
    intz = 0;
    if(!PyArg_ParseTuple(args,"i|i", &x, &y))
       returnNULL;
    z=x +y;
    returnPy_BuildValue("i",z);
    /*
      調用完之后我們需要返回結果。這個結果是c的type或者是我們自己定義的類型。
      必須把他轉換成PyObject,讓python認識。這個用Py_BuildValue來完成。他
      是PyArg_ParseTuple的逆過程。他的第一個參數和PyArg_ParseTuple的第二個
      參數一樣,是個格式化符號。第三個參數是我們需要轉換的參數。Py_BuildValue
      會把所有的返回只組裝成一個tutple給python。
 
      如果對應的C函數沒有返回值(即返回值類型為void),則應返回一個全局的None
      對象(Py_None),并將其引用計數增,如下所示:
      Py_INCREF(Py_None);
      returnPy_None;
   */
}

四、再加點功能

intcmd(constchar* arg)
{
    returnsystem(arg);
}
 
staticPyObject*ExecSystem(PyObject*self,PyObject*args)
{
    constchar*command;
    if(!PyArg_ParseTuple(args,"s", &command))
       returnNULL;
    intn =cmd(command);
    returnPy_BuildValue("i",n);
}

編譯

開編,編譯出來的PyExt.dll文件改名為PyExt.pyd放入Python的C:\Python25\DLLs目錄就可以全局使用了,如果你只想某個Python的工程,放在工程的相對路徑下面就可以了。

使用

使用C++擴展Python的功能詳解

可能的問題

里面的這些PyMODINIT_FUNC,與Python相關的宏和定義在哪里呢?定義下#include<Python.h>就可以了,但是定義了之后提示Python.h找不到還是編譯不過怎么辦?這說明你沒有安裝Python或者安裝了但是沒有把頭文件路徑引入Path環境變量,或者你把Python的include目錄加入工程的附加包含目錄(Additional IncludeDirectories),一般是C:\Python25\include這個目錄,其中C:\Python25是Python的安裝目錄,按你機器的實際情況配置)。

如果提示:Error 1 fatal error LNK1104:cannot open file 'python25_d.lib' 類似這樣的錯誤,一般可能是沒有安裝Python的開發版本,沒關系,你使用Release編譯一下,如果還不行,就把C:\Python25\libs目錄加入工程的附加庫目錄(Additional LibraryDirectories)。

總結

以上就是本文關于使用C++擴展Python的功能詳解的全部內容,希望對大家有所幫助。感興趣的朋友可以繼續參閱本站其他相關專題,如有不足之處,歡迎留言指出。感謝朋友們對本站的支持!

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