淺談python和C語言混編的幾種方式(推薦)
Python這些年風頭一直很盛，占據(jù)了很多領域的位置，Web、大數(shù)據(jù)、人工智能、運維均有它的身影，甚至圖形界面做的也很順，乃至full-stack這個詞語剛出來的時候，似乎就是為了描述它。
Python雖有GIL的問題導致多線程無法充分利用多核，但后來的multiprocess可以從多進程的角度來利用多核，甚至affinity可以綁定具體的CPU核，這個問題也算得到解決。雖基本為全棧語言，但有的時候為了效率，可能還是會去考慮和C語言混編?；炀幨怯嬎銠C里一個不可回避的話題，涉及的東西很多，技術、架構、團隊情況、管理、客戶等各個環(huán)節(jié)可能對其都有影響，混編這個問題我想到時候再開一貼專門討論。本文只講python和C混編的方式，大致有如下幾種方式（本文背景是linux，其他平臺可以類比）：
共享庫
使用C語言編譯產(chǎn)生共享庫，然后python使用ctype庫里的cdll來打開共享庫。
舉例如下，C語言代碼為
/* func.c */int func(int a)
{
return a*a;
}
python代碼為
#!/usr/bin/env python #test_so.pyfrom ctypes import cdll import os p = os.getcwd() + '/libfunc.so' f = cdll.LoadLibrary(p) print f.func(99)
測試如下
$ gcc -fPIC -shared func.c -o libfunc.so $ ./test_so.py 9801
subprocess
C語言設計一個完整的可執(zhí)行文件，然后python通過subprocess來執(zhí)行該可執(zhí)行文件，本質(zhì)上是fork+execve。
舉例如下，C語言代碼為
/* test.c */
#include <stdio.h>
int func(int a)
{
return a*a;
}
int main(int argc, char **argv)
{
int x;
sscanf(argv[1], "%d", &x);
printf("%d\n", func(x));
return 0;
}
Python代碼為
#!/usr/bin/env python
# test_subprocess.py
import os
import subprocess
subprocess.call([os.getcwd()+'/a.out', '99'])
測試如下
$ gcc test.c -o a.out
$ ./test_subprocess.py
9801
C語言中運行python程序
C語言使用popen/system或者直接以系統(tǒng)調(diào)用級fork+exec來運行python程序也是一種混編的手段了。
舉例如下，Python代碼如下
#!/usr/bin/env python # test.py import sys x = int(sys.argv[1]) print x*x
C語言代碼如下
/* test.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
FILE *f;
char s[1024];
int ret;
f = popen("./test.py 99", "r");
while((ret=fread(s,1,1024,f))>0) {
fwrite(s,1,ret,stdout);
}
fclose(f);
return 0;
}
測試如下
$ gcc test.c $ ./a.out 9801
python對C語言擴展的支持
很多編程語言都為C語言擴展添加了支持，這有兩種原因：(1)語言設計之初，可以充分的利用C語言已有的庫來做很多擴展；(2)C語言的運行效率高。
python也不例外，從誕生那天起，很多庫都是C語言寫的。python的C語言擴展中涉及到python的數(shù)據(jù)結構與C語言的對應，擴展方法其實是用C語言編寫一個共享庫，只是這個共享庫中的接口是一個規(guī)范的，可以被python識別的。
為了說明如何擴展，我這里先假設一個在python下的函數(shù)功能，代碼如下
def func(*a): res=1 for i in range(len(a)): res *= sum(a[i]) return res
如上，希望的函數(shù)功能是，參數(shù)是任意多個數(shù)字組成的列表（姑且排除其他數(shù)據(jù)結構），返回每個列表的元素之和的乘積。
姑且先把python代碼寫了，如下所示
#!/usr/bin/env python # test.py import colin def func(*a): res=1 for i in range(len(a)): res *= sum(a[i]) return res a = [1,2,3] b = [4,5,6] c = [7,8] d = [9] e = [10,11,12,13,14] f = colin.func2(99) g = colin.func3(a,b,c,d,e) h = func3(a,b,c,d,e) print "f = ",f print "g = ",g print "h = ",h
帶上之前一直測試的平方func，這個實現(xiàn)相對簡單，希望python寫出來的func可以和C語言擴展出來的結果一致。
先用C語言寫上這些函數(shù)的實現(xiàn)，其中func3用上了一個表示任意多個任意長的數(shù)組的數(shù)據(jù)結構y_t,而x_t用來表示單個數(shù)組。
/* colin.h */
#ifndef Colin_h
#define Colin_h
typedef struct {
int *a;
int len;
} x_t;
typedef struct {
x_t *ax;
int len;
} y_t;
int func2(int a);
int func3(y_t *p);
void free_y_t(y_t *p);
#endif
/* colin.c */
#include "colin.h"
#include <stdlib.h>
int func2(int a)
{
return a*a;
}
int func3(y_t *p)
{
int result;
int sum;
int i, j;
result = 1;
for(i=0;i<p->len;i++) {
sum = 0;
for(j=0;j<p->ax[i].len;j++)
sum += p->ax[i].a[j];
result *= sum;
}
return result;
}
void free_y_t(y_t *p)
{
int i;
for(i=0;i<p->len;i++) {
free(p->ax[i].a);
}
free(p->ax);
}
上面定義了三個函數(shù)，func2代表平方，func3代表之前所說的功能，又因y_t這個結構可能都是動態(tài)分配出來的，所以給個歸還內(nèi)存的方法。
剛才說過python擴展的話，需要把這個共享庫的接口“標準化”一下。于是我們就包裝一下，并給個python加載的入口。
/* wrap.c */
#include <Python.h>
#include <stdlib.h>
#include "colin.h"
PyObject* wrap_func2(PyObject* self, PyObject* args)
{
int n, result;
/* 從參數(shù)列表中導出一個整形，用"i" */
if (!PyArg_ParseTuple(args, "i", &n))
return NULL;
/* 用C語言的庫實現(xiàn)來計算 */
result = func2(n);
/* 計算結果必須要導成python識別的類型 */
return Py_BuildValue("i", result);
}
PyObject* wrap_func3(PyObject* self, PyObject* args)
{
int n, result;
int i, j;
int size, size2;
PyObject *p,*q;
y_t *y;
y = malloc(sizeof(y_t));
/* 先數(shù)數(shù)有多少個參數(shù)，也就是列表的個數(shù) */
size = PyTuple_Size(args);
/* 把數(shù)組的個數(shù)先分配了 */
y->len = size;
y->ax = malloc(sizeof(x_t)*size);
/* 遍歷python里各個列表(參數(shù)) */
for(i=0;i<size;i++) {
/* 先獲得第i個參數(shù)，是一個列表 */
p = PyTuple_GetItem(args, i);
/* 獲得列表的長度 */
size2 = PyList_Size(p);
/* 為數(shù)組分配好空間 */
y->ax[i].len = size2;
y->ax[i].a = malloc(sizeof(int)*size2);
/* 遍歷列表，依次把列表里的數(shù)轉到數(shù)組里 */
for(j=0;j<size2;j++) {
q = PyList_GetItem(p, j);
PyArg_Parse(q,"i",&y->ax[i].a[j]);
}
}
/* 用C語言的庫實現(xiàn)來計算 */
result = func3(y);
free_y_t(y);
free(y);
/* 結果轉成python識別格式 */
return Py_BuildValue("i", result);
}
/* 這是接口列表，加載時是只加載此列表的地址，所以這個數(shù)據(jù)結構不能放棧（局部變量）內(nèi)，會被清掉 */
static PyMethodDef colinMethods[] =
{
{"func2", wrap_func2, METH_VARARGS, "Just a test"},
{"func3", wrap_func3, METH_VARARGS, "Just a test"},
{NULL, NULL, METH_NOARGS, NULL}
};
/* python加載的時候的接口 */
/* 注意，既然庫名叫colin,此函數(shù)必須交initcolin */
void initcolin()
{
PyObject *m;
m = Py_InitModule("colin", colinMethods);
}
過程中，我猜測PyArg_VaParse應該功能更為強大，可是反復測沒有成功，也沒細看文檔。
測試一下
$ gcc -I /usr/include/python2.7/ -fPIC -shared colin.c wrap.c -o colin.so $ ./test.py f = 9801 g = 729000 h = 729000
可以看到，C語言寫的函數(shù)和python寫的函數(shù)結果一致。
以上這篇淺談python和C語言混編的幾種方式(推薦)就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。
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