用C/C++扩展Python

来源：互联网发布：pola局部淡斑精华知乎编辑：程序博客网时间：2024/05/16 17:57

用C/C++扩展Python

Python是一门功能强大的脚本语言，它的强大不仅表现在功能上，还表现在其扩展性上。她提供大量的API以方便程序员利用C/C++对Python进行扩展。因为执行速度慢几乎是所有脚本语言的通病，Python通过一个巧妙的方法，使得程序员可以利用C/C++编写执行速度比较慢的模块，从而获得与C/C++差不多的执行性能。本文给出一个例子说明怎样用C来扩展Python。

1、在C和Python之间进行数据类型转化

Python有六种基本数据类型：整型，浮点型，字符串，列表，字典，元组。在进行介绍之前，我们先了解一下怎么在C和Python之间转化几种常用的数据类型。

整型转化
PyObject *pInt = Py_BuildValue("i", 2007);

浮点型转化
PyObject *pFloat = Py_BuildValue("f", 3.14);

字符串转化
PyObject *pString = Py_BuildValue("s", "I am Yan.Dingcheng");

2、用C扩展Python

在了解了常用的数据类型转化以后，我们就可以编写一些C程序来扩展Python了。比如下面有个C文件exam.c，我们要在Python里调用它里面的函数。

int power(int a)
{
    return a * a;
}

int add_int(int a, int b)
{
    return a + b;
}

void my_print(const char *s)
{
    if (!s) {
        return;
    }

    printf("%s /n", s);
}

void whoami(void)
{
    printf("I am plusboy. /n");
}

那么我们首先要将其实现为Python的一个模块，这需要编写一个封装接口，我们把它保存为wrap_exam.c，示例如下：

#include <Python.h>

PyObject *wrap_power(PyObject *self, PyObject *args)
{
    int result, n;

     /*这里args包含Python解释器要传递给C函数的参数列表，
     "i:power"表示要给power函数传递一个整数，
     n保存从Python脚本里传过来的参数*/
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "i:power", &n)) {
        return NULL;
     }

    result = power(n);
    return Py_BuildValue("i", result);
}

PyObject *wrap_add_int(PyObject *self, PyObject *args)
{
    int result, a, b;

     /*这里args包含Python解释器要传递给C函数的参数列表，
     "ii:power"表示要给add_int函数传递两个整数，
     a, b保存从Python脚本里传过来的参数*/
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii:add_int", &a, &b)) {
        return NULL;
     }

    result = add_int(a, b);
    return Py_BuildValue("i", result);
}

PyObject *wrap_my_print(PyObject *self, PyObject *args)
{
    char *s = NULL;

     /*这里args包含Python解释器要传递给C函数的参数列表，
     "s:my_print"表示要给my_print函数传递一个字符串，
      s保存从Python脚本里传过来的参数*/
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "s:my_print", &s)) {
        Py_INCREF(Py_None);
        return Py_None;
     }

    my_print(s);
    Py_INCREF(Py_None);
    return Py_None;
}

PyObject *wrap_whoami(PyObject *self, PyObject *args)
{
    whoami();
    Py_INCREF(Py_None); /*引用计数加1*/
    return Py_None;
}

/*这里一个函数列表，它给出了所有可以被Python使用的函数。
  函数列表由四个部分组成：函数名，导出函数，参数传递方式和函数描述。
  其中参数传递方式有两种，METH_VARARGS是标准形式，它通过Python的元组
  在Python解释器和C函数之间传递参数，另一种是METH_KEYWORDS，它通过
  Python的字典类型在Python解释器和C函数之间传递参数。*/
static PyMethodDef examMethods[] = {
    {"power", wrap_power, METH_VARARGS, "calculate power"},
    {"add_int", wrap_add_int, METH_VARARGS, "add int"},
    {"my_print", wrap_my_print, METH_VARARGS, "print string"},
    {"whoami", wrap_whoami, METH_VARARGS, "who am i"},
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};

/*这是初始化函数，所有的扩展模块都必须要有一个初始化函数，以便Python能对模块进行初始化，
  Python解释器规定所有初始化函数的函数名都必须以以下方式构成：
      init + 模块名
  这样当Python解释器导入模块的时候将根据模块名查找初始化函数，一旦找到就调用该初始化函数，
  初始化函数则调用Py_InitModule()来注册在该模块中可以用到的函数。*/
void initexam()
{
    PyObject *m = Py_InitModule("exam", examMethods);
}

最后是编译链接

[plusboy@plusboy]$gcc -fpic -shared -o exam.so exam.c wrap_exam.c -I/usr/include/python2.3

下面是相应的Python测试程序，test.py

#!/usr/bin/python

import exam

print exam.power(2)
print exam.add_int(100, 100)
exam.my_print("I am plusboy")
exam.whoami()

3、执行结果

[plusboy@plusboy exam]$./test.py
4
200
I am plusboy
I am plusboy.

4、总结

所有的Python导出函数都有一个相同的函数原型

PyObject *fucn(PyObject *self, PyObject *args);

self参数只有当C函数被实现为内联函数的时候才会被用到，args参数包含Python解释器要传递给C函数的参数列表。

所有的导出函数都返回一个指向PyObject的指针，如果对应的C函数没有返回值，即返回类型为void，则应返回一个全局的None对像，并将其引用计数加1。如下所示：

PyObject *wrap_whoami(PyObject *self, PyObject *args)
{
    whoami();
    Py_INCREF(Py_None);  /*引用计数加1*/
    return Py_None;
}

参考文章：
http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-pythc/index.html