一、問題

Python模塊和C/C++的動態(tài)庫間相互調用在實際的應用中會有所涉及，在此作一總結。

二、Python調用C/C++1、Python調用C動態(tài)鏈接庫

Python調用C庫比較簡單，不經過任何封裝打包成so，再使用python的ctypes調用即可。

（1）C語言文件：pycall.c

/***gcc -o libpycall.so -shared -fPIC pycall.c*/#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int foo(int a, int b){ printf('you input %d and %dn', a, b); return a+b;}

（2）gcc編譯生成動態(tài)庫libpycall.so：gcc -o libpycall.so -shared -fPIC pycall.c。使用g++編譯生成C動態(tài)庫的代碼中的函數(shù)或者方法時，需要使用extern 'C'來進行編譯。

（3）Python調用動態(tài)庫的文件：pycall.py

import ctypesll = ctypes.cdll.LoadLibrary lib = ll('./libpycall.so') lib.foo(1, 3)print ’***finish***’

（4）運行結果：

2、Python調用C++(類)動態(tài)鏈接庫

需要extern 'C'來輔助，也就是說還是只能調用C函數(shù)，不能直接調用方法，但是能解析C++方法。不是用extern 'C'，構建后的動態(tài)鏈接庫沒有這些函數(shù)的符號表。

（1）C++類文件：pycallclass.cpp

#include <iostream>using namespace std; class TestLib{ public: void display(); void display(int a);};void TestLib::display() { cout<<'First display'<<endl;}void TestLib::display(int a) { cout<<'Second display:'<<a<<endl;}extern 'C' { TestLib obj; void display() { obj.display(); } void display_int() { obj.display(2); }}

（2）g++編譯生成動態(tài)庫libpycall.so：g++ -o libpycallclass.so -shared -fPIC pycallclass.cpp。

（3）Python調用動態(tài)庫的文件：pycallclass.py

import ctypesso = ctypes.cdll.LoadLibrary lib = so('./libpycallclass.so') print ’display()’lib.display()print ’display(100)’lib.display_int(100)

（4）運行結果：

3、Python調用C/C++可執(zhí)行程序

（1）C/C++程序：main.cpp

#include <iostream>using namespace std;int test(){ int a = 10, b = 5; return a+b;}int main(){ cout<<'---begin---'<<endl; int num = test(); cout<<'num='<<num<<endl; cout<<'---end---'<<endl;}

（2）編譯成二進制可執(zhí)行文件：g++ -o testmain main.cpp。

（3） Python調用程序：main.py

import commandsimport osmain = './testmain'if os.path.exists(main): rc, out = commands.getstatusoutput(main) print ’rc = %d, nout = %s’ % (rc, out) print ’*’*10f = os.popen(main) data = f.readlines() f.close() print data print ’*’*10os.system(main)

（4）運行結果：

4、擴展Python（C++為Python編寫擴展模塊）

所有能被整合或導入到其它python腳本的代碼，都可以被稱為擴展?？梢杂肞ython來寫擴展，也可以用C和C++之類的編譯型的語言來寫擴展。Python在設計之初就考慮到要讓模塊的導入機制足夠抽象。抽象到讓使用模塊的代碼無法了解到模塊的具體實現(xiàn)細節(jié)。Python的可擴展性具有的優(yōu)點：方便為語言增加新功能、具有可定制性、代碼可以實現(xiàn)復用等。

為 Python 創(chuàng)建擴展需要三個主要的步驟：創(chuàng)建應用程序代碼、利用樣板來包裝代碼和編譯與測試。

（1）創(chuàng)建應用程序代碼

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h> int fac(int n){ if (n < 2) return(1); /* 0! == 1! == 1 */ return (n)*fac(n-1); /* n! == n*(n-1)! */}char *reverse(char *s){ register char t, /* tmp */ *p = s, /* fwd */ *q = (s + (strlen(s) - 1)); /* bwd */ while (p < q) /* if p < q */ { t = *p; /* swap & move ptrs */ *p++ = *q; *q-- = t; } return(s);}int main(){ char s[BUFSIZ]; printf('4! == %dn', fac(4)); printf('8! == %dn', fac(8)); printf('12! == %dn', fac(12)); strcpy(s, 'abcdef'); printf('reversing ’abcdef’, we get ’%s’n', reverse(s)); strcpy(s, 'madam'); printf('reversing ’madam’, we get ’%s’n', reverse(s)); return 0;}

上述代碼中有兩個函數(shù)，一個是遞歸求階乘的函數(shù)fac()；另一個reverse()函數(shù)實現(xiàn)了一個簡單的字符串反轉算法，其主要目的是修改傳入的字符串，使其內容完全反轉，但不需要申請內存后反著復制的方法。

（2）用樣板來包裝代碼

接口的代碼被稱為“樣板”代碼，它是 應用程序代碼與Python解釋器之間進行交互所必不可少的一部分。樣板主要分為4步：a、包含Python的頭文件；b、為每個模塊的每一個函數(shù)增加一個型如PyObject* Module_func()的包裝函數(shù)；c、為每個模塊增加一個型如PyMethodDef ModuleMethods[]的數(shù)組；d、增加模塊初始化函數(shù)void initModule()。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h> int fac(int n){ if (n < 2) return(1); return (n)*fac(n-1);}char *reverse(char *s){ register char t, *p = s, *q = (s + (strlen(s) - 1)); while (s && (p < q)) { t = *p; *p++ = *q; *q-- = t; } return(s);}int test(){ char s[BUFSIZ]; printf('4! == %dn', fac(4)); printf('8! == %dn', fac(8)); printf('12! == %dn', fac(12)); strcpy(s, 'abcdef'); printf('reversing ’abcdef’, we get ’%s’n', reverse(s)); strcpy(s, 'madam'); printf('reversing ’madam’, we get ’%s’n', reverse(s)); return 0;}#include 'Python.h'static PyObject *Extest_fac(PyObject *self, PyObject *args){ int num; if (!PyArg_ParseTuple(args, 'i', &num)) return NULL; return (PyObject*)Py_BuildValue('i', fac(num));}static PyObject *Extest_doppel(PyObject *self, PyObject *args){ char *orig_str; char *dupe_str; PyObject* retval; if (!PyArg_ParseTuple(args, 's', &orig_str)) return NULL; retval = (PyObject*)Py_BuildValue('ss', orig_str, dupe_str=reverse(strdup(orig_str))); free(dupe_str); #防止內存泄漏 return retval;}static PyObject *Extest_test(PyObject *self, PyObject *args){ test(); return (PyObject*)Py_BuildValue('');}static PyMethodDefExtestMethods[] ={ { 'fac', Extest_fac, METH_VARARGS }, { 'doppel', Extest_doppel, METH_VARARGS }, { 'test', Extest_test, METH_VARARGS }, { NULL, NULL },};void initExtest(){ Py_InitModule('Extest', ExtestMethods);}

Python.h頭文件在大多數(shù)類Unix系統(tǒng)中會在/usr/local/include/python2.x或/usr/include/python2.x目錄中，系統(tǒng)一般都會知道文件安裝的路徑。

增加包裝函數(shù)，所在模塊名為Extest，那么創(chuàng)建一個包裝函數(shù)叫Extest_fac()，在Python腳本中使用是先import Extest，然后調用Extest.fac()，當 Extest.fac()被調用時，包裝函數(shù) Extest_fac()會被調用，包裝函數(shù)接受一個 Python的整數(shù)參數(shù)，把它轉為C的整數(shù)，然后調用C的fac()函數(shù)，得到一個整型的返回值，最后把這個返回值轉為Python的整型數(shù)做為整個函數(shù)調用的結果返回回去。其他兩個包裝函數(shù)Extest_doppel()和Extest_test()類似。

從Python到C的轉換用PyArg_Parse*系列函數(shù)， int PyArg_ParseTuple()：把Python傳過來的參數(shù)轉為C；int PyArg_ParseTupleAndKeywords()與PyArg_ParseTuple()作用相同，但是同時解析關鍵字參數(shù)；它們 的用法跟C的sscanf函數(shù)很像，都接受一個字符串流，并根據(jù)一個指定的格式字符串進行解析，把結果放入到相應的指針所指的變量中去，它們的返回值為1表示解析成功，返回值為0表示失敗。 從C到Python的轉換函數(shù)是PyObject* Py_BuildValue()：把C的數(shù)據(jù)轉為Python的一個對象或一組對象，然后返回之；Py_BuildValue的用法跟sprintf很像，把所有的參數(shù)按格式字符串所指定的格式轉換成一個Python的對象。

C與Python之間數(shù)據(jù)轉換的轉換代碼：

為每個模塊增加一個型如PyMethodDef ModuleMethods[]的數(shù)組，以便于Python解釋器能夠導入并調用它們，每一個數(shù)組都包含了函數(shù)在Python中的名字，相應的包裝函數(shù)的名字以及一個METH_VARARGS常量，METH_VARARGS表示參數(shù)以tuple形式傳入。 若需要使用 PyArg_ParseTupleAndKeywords()函數(shù)來分析命名參數(shù)的話，還需要讓這個標志常量與METH_KEYWORDS常量進行邏輯與運算常量 。數(shù)組最后用兩個NULL來表示函數(shù)信息列表的結束。

所有工作的最后一部分就是模塊的初始化函數(shù)，調用Py_InitModule()函數(shù)，并把模塊名和ModuleMethods[]數(shù)組的名字傳遞進去，以便于解釋器能正確的調用模塊中的函數(shù)。

（3）編譯

為了讓新Python的擴展能被創(chuàng)建，需要把它們與Python庫放在一起編譯，distutils包被用來編譯、安裝和分發(fā)這些模塊、擴展和包。

創(chuàng)建一個setup.py 文件，編譯最主要的工作由setup()函數(shù)來完成：

#!/usr/bin/env python from distutils.core import setup, Extension MOD = ’Extest’setup(name=MOD, ext_modules=[Extension(MOD, sources=[’Extest2.c’])])

Extension()第一個參數(shù)是(完整的)擴展的名字，如果模塊是包的一部分的話，還要加上用’.’分隔的完整的包的名字。上述的擴展是獨立的，所以名字只要寫'Extest'就行；sources參數(shù)是所有源代碼的文件列表，只有一個文件Extest2.c。setup需要兩個參數(shù)：一個名字參數(shù)表示要編譯哪個內容；另一個列表參數(shù)列出要編譯的對象，上述要編譯的是一個擴展，故把ext_modules參數(shù)的值設為擴展模塊的列表。

運行setup.py build命令就可以開始編譯我們的擴展了，提示部分信息：

creating build/lib.linux-x86_64-2.6gcc -pthread -shared build/temp.linux-x86_64-2.6/Extest2.o -L/usr/lib64 -lpython2.6 -o build/lib.linux-x86_64-2.6/Extest.so

（4）導入和測試

你的擴展會被創(chuàng)建在運行setup.py腳本所在目錄下的build/lib.*目錄中，可以切換到那個目錄中來測試模塊，或者也可以用命令把它安裝到Python中：python setup.py install，會提示相應信息。

測試模塊：

（5）引用計數(shù)和線程安全

Python對象引用計數(shù)的宏：Py_INCREF(obj)增加對象obj的引用計數(shù)，Py_DECREF(obj)減少對象obj的引用計數(shù)。Py_INCREF()和Py_DECREF()兩個函數(shù)也有一個先檢查對象是否為空的版本，分別為Py_XINCREF()和Py_XDECREF()。

編譯擴展的程序員必須要注意，代碼有可能會被運行在一個多線程的Python環(huán)境中。這些線程使用了兩個C宏Py_BEGIN_ALLOW_THREADS和Py_END_ALLOW_THREADS， 通過將代碼和線程隔離，保證了運行和非運行時的安全性，由這些宏包裹的代碼將會允許其他線程的運行。

三、C/C++調用Python

C++可以調用Python腳本，那么就可以寫一些Python的腳本接口供C++調用了，至少可以把Python當成文本形式的動態(tài)鏈接庫，

需要的時候還可以改一改，只要不改變接口。缺點是C++的程序一旦編譯好了，再改就沒那么方便了。

（1）Python腳本：pytest.py

#test functiondef add(a,b): print 'in python function add' print 'a = ' + str(a) print 'b = ' + str(b) print 'ret = ' + str(a+b) return def foo(a): print 'in python function foo' print 'a = ' + str(a) print 'ret = ' + str(a * a) return class guestlist: def __init__(self): print 'aaaa' def p(): print 'bbbbb' def __getitem__(self, id): return 'ccccc'def update(): guest = guestlist() print guest[’aa’] #update()

（2）C++代碼：

/**g++ -o callpy callpy.cpp -I/usr/include/python2.6 -L/usr/lib64/python2.6/config -lpython2.6**/#include <Python.h>int main(int argc, char** argv){ // 初始化Python //在使用Python系統(tǒng)前，必須使用Py_Initialize對其 //進行初始化。它會載入Python的內建模塊并添加系統(tǒng)路 //徑到模塊搜索路徑中。這個函數(shù)沒有返回值，檢查系統(tǒng) //是否初始化成功需要使用Py_IsInitialized。 Py_Initialize(); // 檢查初始化是否成功 if ( !Py_IsInitialized() ) { return -1; } // 添加當前路徑 //把輸入的字符串作為Python代碼直接運行，返回0 //表示成功，-1表示有錯。大多時候錯誤都是因為字符串 //中有語法錯誤。 PyRun_SimpleString('import sys'); PyRun_SimpleString('print ’---import sys---’'); PyRun_SimpleString('sys.path.append(’./’)'); PyObject *pName,*pModule,*pDict,*pFunc,*pArgs; // 載入名為pytest的腳本 pName = PyString_FromString('pytest'); pModule = PyImport_Import(pName); if ( !pModule ) { printf('can’t find pytest.py'); getchar(); return -1; } pDict = PyModule_GetDict(pModule); if ( !pDict ) { return -1; } // 找出函數(shù)名為add的函數(shù) printf('----------------------n'); pFunc = PyDict_GetItemString(pDict, 'add'); if ( !pFunc || !PyCallable_Check(pFunc) ) { printf('can’t find function [add]'); getchar(); return -1; } // 參數(shù)進棧 PyObject *pArgs; pArgs = PyTuple_New(2); // PyObject* Py_BuildValue(char *format, ...) // 把C++的變量轉換成一個Python對象。當需要從 // C++傳遞變量到Python時，就會使用這個函數(shù)。此函數(shù) // 有點類似C的printf，但格式不同。常用的格式有 // s 表示字符串， // i 表示整型變量， // f 表示浮點數(shù)， // O 表示一個Python對象。 PyTuple_SetItem(pArgs, 0, Py_BuildValue('l',3)); PyTuple_SetItem(pArgs, 1, Py_BuildValue('l',4)); // 調用Python函數(shù) PyObject_CallObject(pFunc, pArgs); //下面這段是查找函數(shù)foo 并執(zhí)行foo printf('----------------------n'); pFunc = PyDict_GetItemString(pDict, 'foo'); if ( !pFunc || !PyCallable_Check(pFunc) ) { printf('can’t find function [foo]'); getchar(); return -1; } pArgs = PyTuple_New(1); PyTuple_SetItem(pArgs, 0, Py_BuildValue('l',2)); PyObject_CallObject(pFunc, pArgs); printf('----------------------n'); pFunc = PyDict_GetItemString(pDict, 'update'); if ( !pFunc || !PyCallable_Check(pFunc) ) { printf('can’t find function [update]'); getchar(); return -1; } pArgs = PyTuple_New(0); PyTuple_SetItem(pArgs, 0, Py_BuildValue('')); PyObject_CallObject(pFunc, pArgs); Py_DECREF(pName); Py_DECREF(pArgs); Py_DECREF(pModule); // 關閉Python Py_Finalize(); return 0;}

（3）C++編譯成二進制可執(zhí)行文件：g++ -o callpy callpy.cpp -I/usr/include/python2.6 -L/usr/lib64/python2.6/config -lpython2.6，編譯選項需要手動指定Python的include路徑和鏈接接路徑（Python版本號根據(jù)具體情況而定）。

（4）運行結果：

四、總結

（1）Python和C/C++的相互調用僅是測試代碼，具體的項目開發(fā)還得參考Python的API文檔。

（2）兩者交互，C++可為Python編寫擴展模塊，Python也可為C++提供腳本接口，更加方便于實際應用。

以上為個人經驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持好吧啦網。如有錯誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教。