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如何實現 C/C++ 與 Python 的通信
屬於混合編程的問題。較全面的介紹一下，不僅限於題主提出的問題。
以下討論中，Python指它的標準實現，即CPython（雖然不是很嚴格）
本文分4個部分
C/C++ 調用 Python （基礎篇）— 僅討論Python官方提供的實現方式
Python 調用 C/C++ （基礎篇）— 僅討論Python官方提供的實現方式
C/C++ 調用 Python （高級篇）— 使用 Cython
Python 調用 C/C++ （高級篇）— 使用 SWIG
練習本文中的例子，需要搭建Python擴展開發環境。具體細節見搭建Python擴展開發環境 – 蛇之魅惑 – 知乎專欄
1 C/C++ 調用 Python（基礎篇）
Python 本身就是一個C庫。你所看到的可執行體python只不過是個stub。真正的python實體在動態鏈接庫里實現，在Windows平台上，這個文件位於 %SystemRoot%\System32\python27.dll。
你也可以在自己的程序中調用Python，看起來非常容易：
//my_python.c
#include Python.h
int main(int argc, char *argv[])
{
Py_SetProgramName(argv[0]);
Py_Initialize();
PyRun_SimpleString(“print ‘Hello Python!’\n”);
Py_Finalize();
return 0;
}
在Windows平台下，打開Visual Studio命令提示符，編譯命令為
cl my_python.c -IC:\Python27\include C:\Python27\libs\python27.lib
在Linux下編譯命令為
gcc my_python.c -o my_python -I/usr/include/python2.7/ -lpython2.7
在Mac OS X 下的編譯命令同上
產生可執行文件後，直接運行，結果為輸出
Hello Python!
Python庫函數PyRun_SimpleString可以執行字元串形式的Python代碼。
雖然非常簡單，但這段代碼除了能用C語言動態生成一些Python代碼之外，並沒有什麼用處。我們需要的是C語言的數據結構能夠和Python交互。
下面舉個例子，比如說，有一天我們用Python寫了一個功能特彆強大的函數：
def great_function(a):
return a + 1
接下來要把它包裝成C語言的函數。我們期待的C語言的對應函數應該是這樣的：
int great_function_from_python(int a) {
int res;
// some magic
return res;
}
首先，復用Python模塊得做『import』，這裡也不例外。所以我們把great_function放到一個module里，比如說，這個module名字叫 great_module.py
接下來就要用C來調用Python了，完整的代碼如下：
#include Python.h
int great_function_from_python(int a) {
int res;
PyObject *pModule,*pFunc;
PyObject *pArgs, *pValue;
/* import */
pModule = PyImport_Import(PyString_FromString(“great_module”));
/* great_module.great_function */
pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, “great_function”);
/* build args */
pArgs = PyTuple_New(1);
PyTuple_SetItem(pArgs,0, PyInt_FromLong(a));
/* call */
pValue = PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
res = PyInt_AsLong(pValue);
return res;
}
從上述代碼可以窺見Python內部運行的方式：
所有Python元素，module、function、tuple、string等等，實際上都是PyObject。C語言里操縱它們，一律使用PyObject *。
Python的類型與C語言類型可以相互轉換。Python類型XXX轉換為C語言類型YYY要使用PyXXX_AsYYY函數；C類型YYY轉換為Python類型XXX要使用PyXXX_FromYYY函數。
也可以創建Python類型的變數，使用PyXXX_New可以創建類型為XXX的變數。
若a是Tuple，則a[i] = b對應於 PyTuple_SetItem(a,i,b)，有理由相信還有一個函數PyTuple_GetItem完成取得某一項的值。
不僅Python語言很優雅，Python的庫函數API也非常優雅。
現在我們得到了一個C語言的函數了，可以寫一個main測試它
#include Python.h
int great_function_from_python(int a);
int main(int argc, char *argv[]) {
Py_Initialize();
printf(“%d”,great_function_from_python(2));
Py_Finalize();
}
編譯的方式就用本節開頭使用的方法。
在Linux/Mac OSX運行此示例之前，可能先需要設置環境變數：
bash:
export PYTHONPATH=.:$PYTHONPATH
csh:
setenv PYTHONPATH .:$PYTHONPATH
2 Python 調用 C/C++（基礎篇）
這種做法稱為Python擴展。
比如說，我們有一個功能強大的C函數：
int great_function(int a) {
return a + 1;
}
期望在Python里這樣使用：
from great_module import great_function
great_function(2)
3
考慮最簡單的情況。我們把功能強大的函數放入C文件 great_module.c 中。
#include Python.h
int great_function(int a) {
return a + 1;
}
static PyObject * _great_function(PyObject *self, PyObject *args)
{
int _a;
int res;
if (!PyArg_ParseTuple(args, “i”, _a))
return NULL;
res = great_function(_a);
return PyLong_FromLong(res);
}
static PyMethodDef GreateModuleMethods[] = {
{
“great_function”,
_great_function,
METH_VARARGS,
“”
},
{NULL, NULL, 0, NULL}
};
PyMODINIT_FUNC initgreat_module(void) {
(void) Py_InitModule(“great_module”, GreateModuleMethods);
}
除了功能強大的函數great_function外，這個文件中還有以下部分：
包裹函數_great_function。它負責將Python的參數轉化為C的參數（PyArg_ParseTuple），調用實際的great_function，並處理great_function的返回值，最終返回給Python環境。
導
出表GreateModuleMethods。它負責告訴Python這個模塊里有哪些函數可以被Python調用。導出表的名字可以隨便起，每一項有4
個參數：第一個參數是提供給Python環境的函數名稱，第二個參數是_great_function，即包裹函數。第三個參數的含義是參數變長，第四個
參數是一個說明性的字元串。導出表總是以{NULL, NULL, 0, NULL}結束。
導出函數initgreat_module。這個的名字不是任取的，是你的module名稱添加前綴init。導出函數中將模塊名稱與導出表進行連接。
在Windows下面，在Visual Studio命令提示符下編譯這個文件的命令是
cl /LD great_module.c /o great_module.pyd -IC:\Python27\include C:\Python27\libs\python27.lib
/LD 即生成動態鏈接庫。編譯成功後在當前目錄可以得到 great_module.pyd（實際上是dll）。這個pyd可以在Python環境下直接當作module使用。
在Linux下面，則用gcc編譯：
gcc -fPIC -shared great_module.c -o great_module.so -I/usr/include/python2.7/ -lpython2.7
在當前目錄下得到great_module.so，同理可以在Python中直接使用。
本部分參考資料
《Python源碼剖析-深度探索動態語言核心技術》是系統介紹CPython實現以及運行原理的優秀教程。
Python 官方文檔的這一章詳細介紹了C/C++與Python的雙向互動Extending and Embedding the Python Interpreter
關於編譯環境，本文所述方法僅為出示原理所用。規範的方式如下：3. Building C and C++ Extensions with distutils
作為字典使用的官方參考文檔 Python/C API Reference Manual
用以上的方法實現C/C++與Python的混合編程，需要對Python的內部實現有相當的了解。接下來介紹當前較為成熟的技術Cython和SWIG。
3 C/C++ 調用 Python（使用Cython）
在
前面的小節中談到，Python的數據類型和C的數據類型貌似是有某種「一一對應」的關係的，此外，由於Python（確切的說是CPython）本身是
由C語言實現的，故Python數據類型之間的函數運算也必然與C語言有對應關係。那麼，有沒有可能「自動」的做替換，把Python代碼直接變成C代碼
呢？答案是肯定的，這就是Cython主要解決的問題。
安裝Cython非常簡單。Python 2.7.9以上的版本已經自帶easy_install：
easy_install -U cython
在Windows環境下依然需要Visual
Studio，由於安裝的過程需要編譯Cython的源代碼，故上述命令需要在Visual
Studio命令提示符下完成。一會兒使用Cython的時候，也需要在Visual
Studio命令提示符下進行操作，這一點和第一部分的要求是一樣的。
繼續以例子說明：
#great_module.pyx
cdef public great_function(a,index):
return a[index]
這其中有非Python關鍵字cdef和public。這些關鍵字屬於Cython。由於我們需要在C語言中使用
「編譯好的Python代碼」，所以得讓great_function從外面變得可見，方法就是以「public」修飾。而cdef類似於Python的
def，只有使用cdef才可以使用Cython的關鍵字public。
這個函數中其他的部分與正常的Python代碼是一樣的。
接下來編譯 great_module.pyx
cython great_module.pyx
得到great_module.h和great_module.c。打開great_module.h可以找到這樣一句聲明：
__PYX_EXTERN_C DL_IMPORT(PyObject) *great_function(PyObject *, PyObject *)
寫一個main使用great_function。注意great_function並不規定a是何種類型，它的
功能只是提取a的第index的成員而已，故使用great_function的時候，a可以傳入Python
String，也可以傳入tuple之類的其他可迭代類型。仍然使用之前提到的類型轉換函數PyXXX_FromYYY和PyXXX_AsYYY。
//main.c
#include Python.h
#include “great_module.h”
int main(int argc, char *argv[]) {
PyObject *tuple;
Py_Initialize();
initgreat_module();
printf(“%s\n”,PyString_AsString(
great_function(
PyString_FromString(“hello”),
PyInt_FromLong(1)
)
));
tuple = Py_BuildValue(“(iis)”, 1, 2, “three”);
printf(“%d\n”,PyInt_AsLong(
great_function(
tuple,
PyInt_FromLong(1)
)
));
printf(“%s\n”,PyString_AsString(
great_function(
tuple,
PyInt_FromLong(2)
)
));
Py_Finalize();
}
編譯命令和第一部分相同：
在Windows下編譯命令為
cl main.c great_module.c -IC:\Python27\include C:\Python27\libs\python27.lib
在Linux下編譯命令為
gcc main.c great_module.c -o main -I/usr/include/python2.7/ -lpython2.7
這個例子中我們使用了Python的動態類型特性。如果你想指定類型，可以利用Cython的靜態類型關鍵字。例子如下：
#great_module.pyx
cdef public char great_function(const char * a,int index):
return a[index]
cython編譯後得到的.h里，great_function的聲明是這樣的：
__PYX_EXTERN_C DL_IMPORT(char) great_function(char const *, int);
很開心對不對！
這樣的話，我們的main函數已經幾乎看不到Python的痕迹了：
//main.c
#include Python.h
#include “great_module.h”
int main(int argc, char *argv[]) {
Py_Initialize();
initgreat_module();
printf(“%c”,great_function(“Hello”,2));
Py_Finalize();
}
在這一部分的最後我們給一個看似實用的應用（僅限於Windows）：
還是利用剛才的great_module.pyx，準備一個dllmain.c：
#include Python.h
#include Windows.h
#include “great_module.h”
extern __declspec(dllexport) int __stdcall _great_function(const char * a, int b) {
return great_function(a,b);
}
BOOL WINAPI DllMain(HINSTANCE hinstDLL,DWORD fdwReason,LPVOID lpReserved) {
switch( fdwReason ) {
case DLL_PROCESS_ATTACH:
Py_Initialize();
initgreat_module();
break;
case DLL_PROCESS_DETACH:
Py_Finalize();
break;
}
return TRUE;
}
在Visual Studio命令提示符下編譯：
cl /LD dllmain.c great_module.c -IC:\Python27\include C:\Python27\libs\python27.lib
會得到一個dllmain.dll。我們在Excel裡面使用它，沒錯，傳說中的Excel與Python混合編程：
參考資料：Cython的官方文檔，質量非常高：
Welcome to Cython』s Documentation
python 可擴展主要體現？
就算你的項目中有大量的Python代碼,你也依舊可以有條不紊地通過將其分離為多個文件或模塊加以組織管理。而且你可以從一個模塊中選取代碼，而從另一個模塊中讀取屬性。更棒的是，對於所有模塊，Python的訪問語法都是相同的。不管這個模塊是Python標準庫中的還是你一分鐘之前創造的，哪怕是你用其他語言寫的擴展都沒問題!藉助這些特點，你會感覺自己根據需要「擴展」了這門語言，而且你已經這麼做了。
代碼中的瓶頸，可能是在性能分析中總排在前面的那些熱門或者一些特彆強調性能的地方，可以作為Python擴展用C重寫。需要重申的是，這些介面和純Python模塊的介面是一模一樣的，乃至代碼和對象的訪問方法也是如出一轍的。唯一不同的是，這些代碼為性能帶來了顯著的提升。自然，這全部取決你的應用程序以及它對資源的需求情況。很多時候，使用編譯型代碼重寫程序的瓶頸部分絕對是益處多多的，因為它能明顯提升整體性能。
程序設計語言中的這種可擴展性使得工程師能夠靈活附加或定製工具，縮短開發周期。雖然像C、C++乃至Java等主流第三代語言(3GL)都擁有該特性，但是這麼容易地使用C編寫擴展確實是Python的優勢。此外，還有像PyRex這樣的工具，允許C和Python混合編程，使編寫擴展更加輕而易舉，因為它會把所有的代碼都轉換成C語言代碼。
因為Python的標準實現是使用C語言完成的(也就是CPython)，所以要使用C和C++編寫Python擴展。Python 的Java實現被稱作Jython,要使用Java編寫其擴展。最後,還有IronPython,這是針對.NET或Mono平台的C#實現。你可以使用C#或者VB.Net擴展IronPython.
c可以調用python嗎
可以的。
C中內嵌Python
新建立一個工程，首先需要將工作目錄設置到Python-3.1.1PCbuild中，以獲取到動態庫，至於靜態庫的包含，Include目錄的指定，那自然也是少不了的。文件中需要包含Python.h文件，這也是必須的。
介面中
Py_Initialize();
Py_Finalize();
其他的根據需求，再引入相應的python builder 即可
原創文章，作者：簡單一點，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-tw/n/129069.html
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