python核心编程学习笔记-2016-09-25-01-python扩展

         22.1 引言/动机

         22.1.1 什么是扩展

         扩展：所有能被整合或导入到其他python脚本的代码，都可以称为扩展。e.g. 纯python、C/C++、Java、C#或Visual Basic.NET都可以

         22.1.2 为什么要扩展python

• 添加/额外的(非python)功能
• 性能瓶颈的效率提升——把软件开发过程中的瓶颈部分在扩展中实现
• 保持专有源代码      

         22.2 创建python扩展（以C为例）

         一般过程：

1. 创建应用程序；
2. 利用样板来包装代码；
3. 编译与测试。 

         22.2.1 创建应用程序

         即创建在Python内运行的一个模块。在本步骤中，最好尽可能完善代码，否则不利于查找bug。

         Extest1.c

#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,        *p = s,        *q = (s + (strlen(s)-1));    while (p < q)    {        t = *p;        *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;}

        22.2.2 用样板来包装代码

        样板代码：接口的代码被称为样板代码。

        主要分为四个步骤：

1. 包含Python的头文件；
2. 为每一个模块的每个函数增加一个刑如PyObject* Module_func()的包装函数；
3. 为每个模块增加一个形如PyMethodDef ModuleMethods[]的数组；
4. 增加模块初始化函数void initModule()       

       1. 包含Python头文件

       在上述C代码中增加一行：(其他因为用的不是Unix系统，不太懂)

#include "Python.h"

       2. 为每一个模块的每个函数增加一个刑如PyObject* Module_func()的包装函数
       需要为所有想被Python环境访问的函数增加一个静态函数(?)，函数返回类型是PyObject*，函数名前要加上模块名和一个下划线。

      从后面来看就是，与普通的Python模块导入没有什么差别，即在Python解释器中能先import Extest，再通过Extest.fac()来访问上述C代码中的fac()函数。

      包装函数的用处就是，先把Python的值传给C，然后调用相关函数，得到相应的结果，再把这个结果转换成Python对象，传回给Python。从Python到C，要用到PyArg_Parse*()函数，从C到Python要用到Py_BuildValue()函数。

      PyArg_Parse*()函数接受一个字符串流，并根据一个指定的格式字符串进行解析，把结果放入到相应的指针所指的变量中。若返回1，表示解析成功，返回0，表示解析失败。

       Py_BuildValue()，把所有的参数按格式字符串所指定的格式转换成一个Python对象。

函数描述int PyArg_ParseTuple()把Python传过来的参数转为Cint PyArg_ParseTupleAndKeyWords()同上，但同时解析关键字参数Py_BuildValue()把C的数据转为Python的一个或一组对象，然后返回 

格式代码Python型C/C++型sstrchar*zstr/Nonechar*/NULLiintintllonglongcstrchardfloatdoubleDcomplexPy_Complex*O(any)PyObject*SstrPyStringObject

      Extest2.c

#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,        *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" // Python头文件// 两个包装函数Extest_fac和Extest_doppelstatic PyObject *Extest_fac(PyObject *self, PyObject *args){    int num; // 解析结果    if (!PyArg_ParseTuple(args, "i", &num)) // PyArg_ParseTuple(args, "i", &num)就是将传入的数据解析，i表示希望得到整型变量，如果传入正确，将它保存到num变量中        return NULL; // 如果传入错误，返回NULL    return (PyObject*)Py_BuildValue("i", fac(num)); // 直接将结果转为Python的整型返回}static PyObject *Extest_doppel(PyObject *self, PyObject *args){    char *orig_str; // 原始字符串    char *dupe_str; // 反转后的字符串    PyObject* retval;    if (!PyArg_ParseTuple(args, "s", &orig_str))        return NULL;    retval = (PyObject*)Py_BuildValue("ss", orig_str, dupe_str=reverse(strdup(orig_str))); // 'ss'就表示返回一个含有两个字符串的元组，strdup是复制字符串，要复制一份原始字符串，不理解。    free(dupe_str); // 释放内存，    return retval;}// 测试函数，将Extest1中的main()改为test()static PyObject *Extest_test(PyObject *self, PyObject *args){    test();    return (PyObject*)Py_BuildValue(""); // 返回空字符串给Python}// 把包装函数列在某个地方，以便Python解释器能够导入并调用static PyMethodDefExtestMethods[] = // 该数组由多个二维数组组成，每个数组包含一个函数的信息，最后的NULL表示列表的结束{    {"fac", Extest_fac, METH_VARARGS }, // 第一项是函数在Python中的名字，第二项是相应的包装函数的名字，第三项是METH_VARARGS常量，该常量表示参数以元组形式传入    {"doppel", Extest_doppel, METH_VARARGS },    {"test", Extest_test, METH_VARARGS },    {NULL, NULL },};// 模块初始化函数void initModule()，这部分代码在模块导入时被解释器调用void initExtest(){    Py_InitModule("Extest", ExtestMethods);}

        22.2.3 编译

       使用distutils模块，该模块被用于编译、安装和分发模块、扩展和包。

       主要步骤：

1. 创建setup.py；
2. 通过运行setup.py来编译和连接代码；
3. 从Python中导入模块；
4. 测试功能。       

       setup.py

#-*-coding: utf-8-*-from distutils.core import setup, ExtensionMOD = 'Extest'setup(name=MOD, ext_modules=[Extension(MOD, sources=['Extest2.c'])]) # 在编译扩展之前，需为每一个扩展创建Extension实例，本例中是'Extest'，后面跟的sources是所有源代码的文件列表，本例中是'Extest2.c'# setup()需两个参数，一个是名字参数，表示要编译哪个东西，另外一个是列表，列出要编译的对象

         22.2.4 导入和测试

        22.2.5 引用计数

        两类引用：拥有引用和借引用。（这部分不知道要干嘛）

       22.2.6 线程和全局解释器锁(GIL) （同上）

       22.2.7 相关话题

       嵌入：把Python解释器包装到C的程序中。