使用C++擴展Python的功能詳解
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(huán)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(tài)鏈接庫,然后讓Python來調(diào)用有點不一樣(雖然本質(zhì)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(xiàn)一些算法計算等等需要更高執(zhí)行效率的核心(或者需要與系統(tǒng)進行密切交互的)模塊,然后讓Python像調(diào)用內(nèi)建標準庫的方式來調(diào)用這些模塊,聽起來是不是很誘人?!在軟件技術高速發(fā)展的今天,借助幾種計算機語言來實現(xiàn)一個系統(tǒng)的例子數(shù)不勝數(shù),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(zhí)行性能,又可以利用Python的開發(fā)靈活性。由于Python本身是使用C實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù),方法列表和初始化函數(shù)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(shù)
//-------------------------------------------------------------------------
// 函數(shù) : initPyExt
// 功能 : 初始化函數(shù)
// 返回值 :PyMODINIT_FUNC
// 附注 : 注意,這個函數(shù)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(shù)名是initPyExt。Python在導入
// 我們的PyExt模塊時,會找到這個函數(shù),并調(diào)用。這個函數(shù)實現(xiàn)的
// 功能很簡單,通過調(diào)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(shù)組。把需要擴展的函數(shù)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(diào)用時的名字。第二個字段是導出函數(shù),
是真正調(diào)用的函數(shù),也是C\C++實現(xiàn)的函數(shù)。第三個參數(shù)是指明Python向
C\C++函數(shù)傳遞參數(shù)的形式。可選的兩種方式是METH_VARARGS和
METH_KEYWORDS,其中METH_VARARGS是參數(shù)傳遞的標準形式,它通
過Python的元組在Python解釋器和C函數(shù)之間傳遞參數(shù),若采用
METH_KEYWORD方式,則Python解釋器和C函數(shù)之間將通過Python的字典
類型在兩者之間進行參數(shù)傳遞。第四個字段是這個函數(shù)的說明。如果你在
python里來help這個函數(shù),將顯示這個說明。相當于在python里的函數(shù)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(shù)
//-------------------------------------------------------------------------
// 函數(shù) : Add
// 功能 : 這是一個加法函數(shù)
// 返回值 :PyObject*
// 參數(shù) : PyObject*self 這個參數(shù)我們暫時不用理會
// 參數(shù) : PyObject*args 是一個參數(shù)列表,我們需要從它解析出參數(shù)
// 附注 :
// 所有的導出函數(shù)都具有相同的原型:
// PyObject*method(PyObject* self, PyObject* args);
//PyArg_ParseTuple來完成解析參數(shù)任務。它的第一個參數(shù)是args,
// 就是我們要轉換的參數(shù)。第二個是格式符號。"s"代表是個string。
// 從args里提取一個參數(shù)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(shù)就是
// 提取出來的參數(shù)放置的真正位置。必須傳遞這個參數(shù)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(diào)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(shù)和PyArg_ParseTuple的第二個
參數(shù)一樣,是個格式化符號。第三個參數(shù)是我們需要轉換的參數(shù)。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(shù)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(shù)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

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(huán)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(fā)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(nèi)容,希望對大家有所幫助。感興趣的朋友可以繼續(xù)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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