使用C++擴(kuò)展Python的功能詳解
本文主要研究的是使用C++擴(kuò)展Python的功能的相關(guān)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(kuò)展Python功能與直接用其它語言寫一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫,然后讓Python來調(diào)用有點(diǎn)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(jìn)行功能性擴(kuò)展,可以這樣理解,使用更高效的語言實(shí)現(xiàn)一些算法計(jì)算等等需要更高執(zhí)行效率的核心(或者需要與系統(tǒng)進(jìn)行密切交互的)模塊,然后讓Python像調(diào)用內(nèi)建標(biāo)準(zhǔn)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(shù)高速發(fā)展的今天,借助幾種計(jì)算機(jī)語言來實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(kuò)展Python就是Python和C++的一種巧妙的有機(jī)結(jié)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(shí)現(xiàn)的,二者結(jié)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(jìn)行轉(zhuǎn)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(shí)際上很簡單,因此我決定少說多做。一個(gè)C++的Python擴(kuò)展模塊至少應(yīng)該有導(dǎo)出函數(shù),方法列表和初始化函數(shù)三個(gè)部分。我們用VS2005這個(gè)強(qiáng)大的工具開工!一般來說,你應(yīng)該建一個(gè)Dll工程(至于使用exe來擴(kuò)展Python可以不可以,暫時(shí)還沒研究過)。下面按部就班的說明(關(guān)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(gè)函數(shù)的名字不能改動(dòng)。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(dǎo)入
// 我們的PyExt模塊時(shí),會找到這個(gè)函數(shù),并調(diào)用。這個(gè)函數(shù)實(shí)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(jié)合起
// 來,它的意思是說PyExt這個(gè)模塊使用PyExtMethods這個(gè)映射表。
//-------------------------------------------------------------------------
PyMODINIT_FUNCinitPyExt()
{
Py_InitModule("PyExt",PyExtMethods);
}
二、方法列表
/*
方法列表,這個(gè)是一個(gè)C結(jié)構(gòu)數(shù)組。把需要擴(kuò)展的函數(shù)都映射到這個(gè)表里。
那么Python就知道你的這個(gè)擴(kuò)展模塊支持一些什么方法了。表的第一個(gè)字
段是方法名字,也是通過Python來調(diào)用時(shí)的名字。第二個(gè)字段是導(dǎo)出函數(shù),
是真正調(diào)用的函數(shù),也是C\C++實(shí)現(xiàn)的函數(shù)。第三個(gè)參數(shù)是指明Python向
C\C++函數(shù)傳遞參數(shù)的形式??蛇x的兩種方式是METH_VARARGS和
METH_KEYWORDS,其中METH_VARARGS是參數(shù)傳遞的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行參數(shù)傳遞。第四個(gè)字段是這個(gè)函數(shù)的說明。如果你在
python里來help這個(gè)函數(shù),將顯示這個(gè)說明。相當(dāng)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(dǎo)出函數(shù)
//-------------------------------------------------------------------------
// 函數(shù) : Add
// 功能 : 這是一個(gè)加法函數(shù)
// 返回值 :PyObject*
// 參數(shù) : PyObject*self 這個(gè)參數(shù)我們暫時(shí)不用理會
// 參數(shù) : PyObject*args 是一個(gè)參數(shù)列表,我們需要從它解析出參數(shù)
// 附注 :
// 所有的導(dǎo)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(wù)。它的第一個(gè)參數(shù)是args,
// 就是我們要轉(zhuǎn)換的參數(shù)。第二個(gè)是格式符號。"s"代表是個(gè)string。
// 從args里提取一個(gè)參數(shù)就寫"s",兩個(gè)的話就寫"s|s",如果是一個(gè)
// string,一個(gè)int,就寫"s|i",有點(diǎn)和printf類似哦。第三個(gè)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(gè)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(jié)果。這個(gè)結(jié)果是c的type或者是我們自己定義的類型。
必須把他轉(zhuǎn)換成PyObject,讓python認(rèn)識。這個(gè)用Py_BuildValue來完成。他
是PyArg_ParseTuple的逆過程。他的第一個(gè)參數(shù)和PyArg_ParseTuple的第二個(gè)
參數(shù)一樣,是個(gè)格式化符號。第三個(gè)參數(shù)是我們需要轉(zhuǎn)換的參數(shù)。Py_BuildValue
會把所有的返回只組裝成一個(gè)tutple給python。
如果對應(yīng)的C函數(shù)沒有返回值(即返回值類型為void),則應(yīng)返回一個(gè)全局的None
對象(Py_None),并將其引用計(jì)數(shù)增,如下所示:
Py_INCREF(Py_None);
returnPy_None;
*/
}
四、再加點(diǎn)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(gè)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(guān)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(gè)目錄,其中C:\Python25是Python的安裝目錄,按你機(jī)器的實(shí)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(cuò)誤,一般可能是沒有安裝Python的開發(fā)版本,沒關(guān)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(jié)
以上就是本文關(guān)于使用C++擴(kuò)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(guān)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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