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python模塊與C和C++動(dòng)態(tài)庫(kù)相互調(diào)用實(shí)現(xiàn)過(guò)程示例

 更新時(shí)間:2021年11月02日 11:06:35   作者:吃水果不削皮  
這篇文章主要為大家介紹了python模塊與C和C++動(dòng)態(tài)庫(kù)之間相互調(diào)用的實(shí)現(xiàn)過(guò)程示例,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助

Python調(diào)用C/C++

1、Python調(diào)用C動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

Python調(diào)用C庫(kù)比較簡(jiǎn)單,不經(jīng)過(guò)任何封裝打包成so,再使用python的ctypes調(diào)用即可。

C語(yǔ)言文件:pycall.c

# include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
int foof(int a,  int b){
    printf("you input %d and %d",a,b);
    return a+b;
}

gcc編譯生成動(dòng)態(tài)庫(kù)libpycall.so

# include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
int foof(int a,  int b){
    printf("you input %d and %d",a,b);
    return a+b;
}

Python調(diào)用動(dòng)態(tài)庫(kù)的文件:pycall.py

import ctypes
ll = ctypes.cdll.LoadLibrary
lib = ll("Cfoo.so")
lib.foof(1,3)

運(yùn)行結(jié)果:

在這里插入圖片描述

2、Python調(diào)用C/C++原生態(tài)導(dǎo)出

Python解釋器就是用C實(shí)現(xiàn),因此只要我們的C++的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能讓Python認(rèn)識(shí),理論上就是可以被直接調(diào)用的。我們實(shí)現(xiàn)test1.cpp如下:

#include <Python.h> 
int Add(int x, int y) 
{ 
    return x + y; 
}   
int Del(int x, int y) 
{ 
    return x - y; 
}   
PyObject* WrappAdd(PyObject* self, PyObject* args) 
{ 
    int x, y; 
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &x, &y)) 
    { 
        return NULL; 
    } 
    return Py_BuildValue("i", Add(x, y)); 
}   
PyObject* WrappDel(PyObject* self, PyObject* args) 
{ 
    int x, y; 
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &x, &y)) 
    { 
        return NULL; 
    } 
    return Py_BuildValue("i", Del(x, y)); 
} 
static PyMethodDef test_methods[] = { 
    {"Add", WrappAdd, METH_VARARGS, "something"}, 
    {"Del", WrappDel, METH_VARARGS, "something"}, 
    {NULL, NULL} 
};  
extern "C"
void inittest1() 
{ 
    Py_InitModule("test1", test_methods);    
}

編譯命令如下:

g++ -fPIC -shared test1.cpp -I/usr/include/python2.7 -o test1.so 

-fPIC:生成位置無(wú)關(guān)目標(biāo)代碼,適用于動(dòng)態(tài)連接;
-L path:表示在path目錄中搜索庫(kù)文件,如-L.表示在當(dāng)前目錄;
-I path:表示在path目錄中搜索頭文件;
-o file:制定輸出文件為file;
-shared:生成一個(gè)共享庫(kù)文件;

運(yùn)行Python解釋器,測(cè)試如下:

>>> import test1 
>>> test1.Add(1,2) 
3 

這里要注意一下幾點(diǎn):

1.如果生成的動(dòng)態(tài)庫(kù)名字為test1,則源文件里必須有inittest1這個(gè)函數(shù),且Py_InitModule的第一個(gè)參數(shù)必須是“test1”,否則Python導(dǎo)入模塊會(huì)失敗

2.如果是cpp源文件,inittest1函數(shù)必須用extern "C"修飾,如果是c源文件,則不需要。原因是Python解釋器在導(dǎo)入庫(kù)時(shí)會(huì)尋找initxxx這樣的函數(shù),而C和C++對(duì)函數(shù)符號(hào)的編碼方式不同,C++在對(duì)函數(shù)符號(hào)進(jìn)行編碼時(shí)會(huì)考慮函數(shù)長(zhǎng)度和參數(shù)類型,具體可以通過(guò)nm test1.so查看函數(shù)符號(hào),c++filt工具可通過(guò)符號(hào)反解出函數(shù)原型

3.PyArg_ParseTuple()函數(shù)的定義:
arg參數(shù)必須是一個(gè)元組對(duì)象,它包含了從Python傳遞到C語(yǔ)言函數(shù)的參數(shù)列表。format參數(shù)必須是格式字符串, 具體將在下方解釋.其余參數(shù)必須是變量的地址,其類型由格式字符串決定。為了能成功的轉(zhuǎn)換,arg對(duì)象必須與格式匹配,并且前后一一對(duì)應(yīng)。
雖然 PyArg_ParseTuple() 檢查Python是否具有所需類型, 但是它不能檢查傳遞給調(diào)用的C變量地址的有效性: 如果在那里出錯(cuò),您的代碼可能會(huì)崩潰,或者覆蓋內(nèi)存中的隨機(jī)位置。所以要小心

字符串 備注
“s” (string or Unicode object) [char *] 將Python字符串或Unicode對(duì)象轉(zhuǎn)換為指向字符串的C指針。不能為字符串本身提供存儲(chǔ);指向現(xiàn)有字符串的指針存儲(chǔ)在您傳遞地址的字符指針變量中。C字符串以NULL結(jié)尾。Python字符串不能包含嵌入的空字節(jié);如果有,就會(huì)引發(fā)TypeError異常。使用默認(rèn)編碼將Unicode對(duì)象轉(zhuǎn)換為C字符串。如果轉(zhuǎn)換失敗,就會(huì)引發(fā)一個(gè)UnicodeError異常
“s#” (string,Unicode or any read buffer compatible object) [char *, int] s”上的這個(gè)變體存儲(chǔ)在兩個(gè)C變量中,第一個(gè)變量是指向字符串的指針,第二個(gè)變量是字符串的長(zhǎng)度。在這種情況下,Python字符串可能包含嵌入的空字節(jié)。如果可能的話,Unicode對(duì)象會(huì)返回一個(gè)指向?qū)ο蟮哪J(rèn)編碼字符串版本的指針。所有其他與讀取緩沖區(qū)兼容的對(duì)象都將對(duì)原始內(nèi)部數(shù)據(jù)表示的引用傳回。
“z” (string or None) [char *] 與“s”類似,但是Python對(duì)象也可能是None,在這種情況下,C指針被設(shè)置為NULL。
“z#” (string or None or any read buffer compatible object) [char *, int] 這是"s#"就像"z"是"s"一樣。
“u” (Unicode object) [Py_UNICODE *] 將Python Unicode對(duì)象轉(zhuǎn)換為指向16位Unicode (UTF-16)數(shù)據(jù)的空端緩沖區(qū)的C指針。與“s”一樣,不需要為Unicode數(shù)據(jù)緩沖區(qū)提供存儲(chǔ);指向現(xiàn)有Unicode數(shù)據(jù)的指針被存儲(chǔ)到Py_UNICODE指針變量中,您傳遞的地址就是這個(gè)變量。
“u#” (Unicode object) [Py_UNICODE *, int] “u”上的這個(gè)變體存儲(chǔ)在兩個(gè)C變量中,第一個(gè)變量是指向Unicode數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針,第二個(gè)變量是它的長(zhǎng)度。
“es” (string,Unicode object or character buffer compatible object) [const char *encoding,char **buffer] 這個(gè)“s”的變體用于編碼Unicode和轉(zhuǎn)換為Unicode的對(duì)象到字符緩沖區(qū)。它只適用于不嵌入空字節(jié)的編碼數(shù)據(jù)。

讀取一個(gè)變體C變量C和商店為兩個(gè)變量,第一個(gè)指針指向一個(gè)編碼名稱字符串(encoding),第二個(gè)一個(gè)指向指針的指針一個(gè)字符緩沖區(qū)(**buffer,緩沖用于存儲(chǔ)編碼數(shù)據(jù))和第三個(gè)整數(shù)指針(*buffer_length,緩沖區(qū)長(zhǎng)度)。
編碼名稱必須映射到已注冊(cè)的編解碼器。如果設(shè)置為NULL,則使用默認(rèn)編碼。

PyArg_ParseTuple()將使用PyMem_NEW()分配一個(gè)所需大小的緩沖區(qū),將已編碼的數(shù)據(jù)復(fù)制到這個(gè)緩沖區(qū)中,并調(diào)整*buffer以引用新分配的存儲(chǔ)。調(diào)用方負(fù)責(zé)調(diào)用PyMem_Free()以在使用后釋放分配的緩沖區(qū)。
編碼名稱必須映射到已注冊(cè)的編解碼器。如果設(shè)置為NULL,則使用默認(rèn)編碼。操作方式有兩種:

如果buffer指向空指針,PyArg_ParseTuple()將使用PyMem_NEW()分配一個(gè)所需大小的緩沖區(qū),將已編碼的數(shù)據(jù)復(fù)制到這個(gè)緩沖區(qū),并調(diào)整buffer以引用新分配的存儲(chǔ)。調(diào)用方負(fù)責(zé)在使用后調(diào)用PyMem_Free()來(lái)釋放分配的緩沖區(qū)。

如果buffer指向非空指針(已經(jīng)分配的緩沖區(qū)),PyArg_ParseTuple()將使用這個(gè)位置作為緩沖區(qū),并將buffer_length解釋為緩沖區(qū)大小。然后,它將把編碼后的數(shù)據(jù)復(fù)制到緩沖區(qū)中,并終止(0-terminate)它。緩沖區(qū)溢出以異常信號(hào)表示。

在這兩種情況下,都將*buffer_length設(shè)置為編碼數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度,沒(méi)有后面的0字節(jié)(0-byte)。

字符串 備注
“b” (integer) [char] 將Python整數(shù)轉(zhuǎn)換為存儲(chǔ)在C語(yǔ)言char中的一個(gè)小int(tiny int)。
“h” (integer) [short int] 將Python整數(shù)轉(zhuǎn)換為C語(yǔ)言short int。
“i” (integer) [int] 將Python整數(shù)轉(zhuǎn)換為普通的C語(yǔ)言int。
“l(fā)” (integer) [long int] 將Python整數(shù)轉(zhuǎn)換為C語(yǔ)言long int。
“c” (string of length 1) [char] 將長(zhǎng)度為1的字符串表示的Python字符轉(zhuǎn)換為C語(yǔ)言char。
“f” (float) [float] 將Python浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為C語(yǔ)言float。
“d” (float) [double] 將Python浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為C 語(yǔ)言double。
“D” (complex) [Py_complex] 將Python復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)換為C語(yǔ)言Py_complex結(jié)構(gòu)。
“O” (object) [PyObject *] 在C對(duì)象指針中存儲(chǔ)Python對(duì)象(不進(jìn)行任何轉(zhuǎn)換)。因此,C程序接收傳遞的實(shí)際對(duì)象。對(duì)象的引用計(jì)數(shù)沒(méi)有增加。存儲(chǔ)的指針不是空的(NULL)。
“O!” (object)[typeobject, PyObject *] 將Python對(duì)象存儲(chǔ)在C對(duì)象指針中。這類似于“O”,但是接受兩個(gè)C參數(shù):第一個(gè)是Python類型對(duì)象的地址,第二個(gè)是對(duì)象指針存儲(chǔ)在其中的C變量(類型為PyObject *)的地址。如果Python對(duì)象沒(méi)有所需的類型,就會(huì)引發(fā)類型錯(cuò)誤(TypeError)。
“O&” (object)[converter,anything] 通過(guò)轉(zhuǎn)換器函數(shù)將Python對(duì)象轉(zhuǎn)換為C變量。這需要兩個(gè)參數(shù):第一個(gè)是函數(shù),第二個(gè)是C變量(任意類型)的地址,轉(zhuǎn)換為void *。該轉(zhuǎn)換器功能依次調(diào)用如下:status = converter(object,address);對(duì)象是要轉(zhuǎn)換的Python對(duì)象,地址是傳遞給PyArg_ConvertTuple()的void *參數(shù)。對(duì)于成功的轉(zhuǎn)換,返回的狀態(tài)應(yīng)該是1,如果轉(zhuǎn)換失敗,則返回0。當(dāng)轉(zhuǎn)換失敗時(shí),converter(函數(shù)名可能錯(cuò)誤)函數(shù)應(yīng)該引發(fā)異常。
“S” (string) [PyStringObject *] 與“O”類似,但要求Python對(duì)象是字符串對(duì)象。如果對(duì)象不是字符串對(duì)象,則引發(fā)類型錯(cuò)誤(TypeError)。C變量也可以聲明為PyObject *。
“U” (Unicode string) [PyUnicodeObject *] 與“O”類似,但要求Python對(duì)象是Unicode對(duì)象。如果對(duì)象不是Unicode對(duì)象,則引發(fā)類型錯(cuò)誤(TypeError)。C變量也可以聲明為PyObject *。
“t#” (read-only character buffer) [char *, int] 與“s#”類似,但接受任何實(shí)現(xiàn)只讀緩沖區(qū)接口的對(duì)象。char *變量設(shè)置為指向緩沖區(qū)的第一個(gè)字節(jié),int設(shè)置為緩沖區(qū)的長(zhǎng)度。只接受單段緩沖對(duì)象;對(duì)所有其他類型都引發(fā)類型錯(cuò)誤(TypeError)。
“w” (read-write character buffer) [char *] 類似于“s”,但接受任何實(shí)現(xiàn)讀寫緩沖區(qū)接口的對(duì)象。調(diào)用者必須通過(guò)其他方法確定緩沖區(qū)的長(zhǎng)度,或者使用“w#”。只接受單段緩沖對(duì)象;對(duì)所有其他類型都引發(fā)類型錯(cuò)誤(TypeError)。
“w#” (read-write character buffer) [char *, int] 與“s#”類似,但接受任何實(shí)現(xiàn)讀寫緩沖區(qū)接口的對(duì)象。char *變量設(shè)置為指向緩沖區(qū)的第一個(gè)字節(jié),int設(shè)置為緩沖區(qū)的長(zhǎng)度。只接受單段緩沖對(duì)象;對(duì)所有其他類型都引發(fā)類型錯(cuò)誤(TypeError)。
“(items)” (tuple) [matching-items] 對(duì)象必須是一個(gè)Python序列,其長(zhǎng)度是項(xiàng)中的格式單元數(shù)。C參數(shù)必須對(duì)應(yīng)于項(xiàng)中的單個(gè)格式單元。序列的格式單元可以嵌套。

3、Python調(diào)用C/C++通過(guò)boost實(shí)現(xiàn)

我們使用和上面同樣的例子,實(shí)現(xiàn)test2.cpp如下:

#include <boost/python/module.hpp> 
#include <boost/python/def.hpp> 
using namespace boost::python;  
int Add(const int x, const int y) 
{ 
    return x + y; 
} 
  
int Del(const int x, const int y) 
{ 
    return x - y; 
}  
BOOST_PYTHON_MODULE(test2) 
{ 
    def("Add", Add); 
    def("Del", Del); 
}

其中BOOST_PYTHON_MODULE的參數(shù)為要導(dǎo)出的模塊名字,編譯命令如下:

g++ test2.cpp -fPIC -shared -o test2.so -I/usr/include/python2.7 -I/usr/local/include -L/usr/local/lib -lboost_python 

注意: 編譯時(shí)需要指定boost頭文件和庫(kù)的路徑,我這里分別是/usr/local/include和/usr/local/lib

或者通過(guò)setup.py導(dǎo)出模塊:

#!/usr/bin/env python 
from distutils.core import setup 
from distutils.extension import Extension   
setup(name="PackageName", 
 ext_modules=[ 
  Extension("test2", ["test2.cpp"], 
  libraries = ["boost_python"]) 
 ])

Extension的第一個(gè)參數(shù)為模塊名,第二個(gè)參數(shù)為文件名
執(zhí)行如下命令:

python setup.py build 

這時(shí)會(huì)生成build目錄,找到里面的test2.so,并進(jìn)入同一級(jí)目錄,驗(yàn)證如下:

>>> import test2 
>>> test2.Add(1,2) 
3
>>> test2.Del(1,2) 
-1 

4、Python調(diào)用C/C++通過(guò)導(dǎo)出類

test3.cpp實(shí)現(xiàn)如下:

#include <boost/python.hpp> 
using namespace boost::python;   
class Test 
{ 
    public: 
        int Add(const int x, const int y) 
        { 
            return x + y; 
        } 
 
        int Del(const int x, const int y) 
        { 
            return x - y; 
        } 
};   
BOOST_PYTHON_MODULE(test3) 
{ 
    class_<Test>("Test") 
        .def("Add", &Test::Add) 
        .def("Del", &Test::Del); 
}

注意:BOOST_PYTHON_MODULE里的.def使用方法有點(diǎn)類似Python的語(yǔ)法,等同于:

class_<Test>("Test").def("Add", &Test::Add); 
class_<Test>("Test").def("Del", &Test::Del); 

編譯命令如下:

g++ test3.cpp -fPIC -shared -o test3.so -I/usr/include/python2.7 -I/usr/local/include/boost -L/usr/local/lib -lboost_python 

測(cè)試如下:

>>> import test3 
>>> test = test3.Test() 
>>> test.Add(1,2) 
3
>>> test.Del(1,2) 
-1 

5、Python調(diào)用C/C++通過(guò)導(dǎo)出變參函數(shù)

test4.cpp實(shí)現(xiàn)如下:

#include <boost/python.hpp> 
using namespace boost::python; 
  
class Test 
{ 
    public: 
        int Add(const int x, const int y, const int z = 100) 
        { 
        return x + y + z; 
        } 
}; 
  
int Del(const int x, const int y, const int z = 100) 
{ 
    return x - y - z; 
} 
  
BOOST_PYTHON_MEMBER_FUNCTION_OVERLOADS(Add_member_overloads, Add, 2, 3) 
BOOST_PYTHON_FUNCTION_OVERLOADS(Del_overloads, Del, 2, 3) 
  
BOOST_PYTHON_MODULE(test4) 
{ 
    class_<Test>("Test") 
        .def("Add", &Test::Add, Add_member_overloads(args("x", "y", "z"), "something")); 
    def("Del", Del, Del_overloads(args("x", "y", "z"), "something")); 
    }

這里Add和Del函數(shù)均采用了默認(rèn)參數(shù),Del為普通函數(shù),Add為類成員函數(shù),這里分別調(diào)用了不同的宏,宏的最后兩個(gè)參數(shù)分別代表函數(shù)的最少參數(shù)個(gè)數(shù)和最多參數(shù)個(gè)數(shù)
編譯命令如下:

g++ test4.cpp -fPIC -shared -o test4.so -I/usr/include/python2.7 -I/usr/local/include/boost -L/usr/local/lib -lboost_python 

測(cè)試如下:

>>> import test4 
>>> test = test4.Test() 
>>> print test.Add(1,2) 
103
>>> print test.Add(1,2,z=3) 
6
>>> print test4.Del(1,2) 
-1
>>> print test4.Del(1,2,z=3) 
-1

6、Python調(diào)用C/C++通過(guò)導(dǎo)出帶Python對(duì)象的接口

既然是導(dǎo)出為Python接口,調(diào)用者難免會(huì)使用Python特有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),比如tuple,list,dict,由于原生態(tài)方法太麻煩,這里只記錄boost的使用方法,假設(shè)要實(shí)現(xiàn)如下的Python函數(shù)功能:

def Square(list_a) 
{ 
    return [x * x for x in list_a] 
}
``
`
即對(duì)傳入的list每個(gè)元素計(jì)算平方,返回list類型的結(jié)果,代碼如下:

```cpp
#include <boost/python.hpp> 
  
boost::python::list Square(boost::python::list& data) 
{ 
    boost::python::list ret; 
    for (int i = 0; i < len(data); ++i) 
    { 
        ret.append(data[i] * data[i]); 
    } 
 
    return ret; 
} 
BOOST_PYTHON_MODULE(test5) 
{ 
    def("Square", Square);  
}

編譯命令如下

g++ test5.cpp -fPIC -shared -o test5.so -I/usr/include/python2.7 -I/usr/local/include/boost -L/usr/local/lib -lboost_python 

測(cè)試如下:

>>> import test5 
>>> test5.Square([1,2,3]) 
[1, 4, 9] 

boost實(shí)現(xiàn)了boost::python::tuple, boost::python::list, boost::python::dict這幾個(gè)數(shù)據(jù)類型,使用方法基本和Python保持一致,具體方法可以查看boost頭文件里的boost/python/tuple.hpp及其它對(duì)應(yīng)文件
另外比較常用的一個(gè)函數(shù)是boost::python::make_tuple() ,使用方法如下

boost::python::tuple(int a, int b, int c) 
{  
    return boost::python::make_tuple(a, b, c); 
} 

以上就是python模塊與C和C++動(dòng)態(tài)庫(kù)相互調(diào)用實(shí)現(xiàn)過(guò)程示例的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于python模塊與C和C++動(dòng)態(tài)庫(kù)相互調(diào)用的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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