使用C++扩展Python的功能详解

本文主要研究的是使用C++扩展Python的功能的相关问题，具体如下。

环境

VS2005Python2.5.4Windows7(32位)

简介

长话短说，这里说的扩展Python功能与直接用其它语言写一个动态链接库，然后让Python来调用有点不一样（虽然本质是一样的）。而是指使用Python本身提供的API，使用C++来对Python进行功能性扩展，可以这样理解，使用更高效的语言实现一些算法计算等等需要更高执行效率的核心（或者需要与系统进行密切交互的）模块，然后让Python像调用内建标准库的方式来调用这些模块，听起来是不是很诱人？！在软件技术高速发展的今天，借助几种计算机语言来实现一个系统的例子数不胜数，目的不外乎就是性能和便利的平衡。譬如本文要讨论的使用C++来扩展Python就是Python和C++的一种巧妙的有机结合，好处不言而喻，既可以获得和C++相似的执行性能，又可以利用Python的开发灵活性。由于Python本身是使用C实现的，二者结合起来还是比较容易的。

基本流程

本文不适合这样的读者——对Python完全不了解或者对C\C++完全不了解，道理你们懂的。另外就是Python里面有6种基本数据类型。你需要了解如何在C和Python之间对这些类型进行转化（这不在本文讨论范围，可以参考[1]）。

言归正传，感觉前面说得太多了，实际上很简单，因此我决定少说多做。一个C++的Python扩展模块至少应该有导出函数，方法列表和初始化函数三个部分。我们用VS2005这个强大的工具开工！一般来说，你应该建一个Dll工程（至于使用exe来扩展Python可以不可以，暂时还没研究过）。下面按部就班的说明（关键说明在注释部分）。

一、初始化函数

//-------------------------------------------------------------------------
// 函数    : initPyExt
// 功能    : 初始化函数
// 返回值   :PyMODINIT_FUNC
// 附注    : 注意，这个函数的名字不能改动。必须是init+模块名字，
// 我们的模块名字是PyExt，所以函数名是initPyExt。Python在导入
// 我们的PyExt模块时，会找到这个函数，并调用。这个函数实现的
// 功能很简单，通过调用Py_InitModule将模块名字和映射表结合起
// 来，它的意思是说PyExt这个模块使用PyExtMethods这个映射表。
//-------------------------------------------------------------------------
PyMODINIT_FUNCinitPyExt()
{
    Py_InitModule("PyExt",PyExtMethods);
}

二、方法列表

/*
   方法列表，这个是一个C结构数组。把需要扩展的函数都映射到这个表里。
   那么Python就知道你的这个扩展模块支持一些什么方法了。表的第一个字
   段是方法名字，也是通过Python来调用时的名字。第二个字段是导出函数，
   是真正调用的函数，也是C\C++实现的函数。第三个参数是指明Python向
   C\C++函数传递参数的形式。可选的两种方式是METH_VARARGS和
   METH_KEYWORDS，其中METH_VARARGS是参数传递的标准形式，它通
   过Python的元组在Python解释器和C函数之间传递参数，若采用
   METH_KEYWORD方式，则Python解释器和C函数之间将通过Python的字典
   类型在两者之间进行参数传递。第四个字段是这个函数的说明。如果你在
   python里来help这个函数，将显示这个说明。相当于在python里的函数的文档说明。
*/
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、导出函数

//-------------------------------------------------------------------------
// 函数    : Add
// 功能    : 这是一个加法函数
// 返回值   :PyObject*
// 参数    : PyObject*self 这个参数我们暂时不用理会
// 参数    : PyObject*args 是一个参数列表，我们需要从它解析出参数
// 附注    :
// 所有的导出函数都具有相同的原型：
// PyObject*method(PyObject* self, PyObject* args);
//PyArg_ParseTuple来完成解析参数任务。它的第一个参数是args，
// 就是我们要转换的参数。第二个是格式符号。"s"代表是个string。
// 从args里提取一个参数就写"s"，两个的话就写"s|s"，如果是一个
// string，一个int，就写"s|i"，有点和printf类似哦。第三个参数就是
// 提取出来的参数放置的真正位置。必须传递这个参数的地址。
//-------------------------------------------------------------------------
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);
    /*
      调用完之后我们需要返回结果。这个结果是c的type或者是我们自己定义的类型。
      必须把他转换成PyObject，让python认识。这个用Py_BuildValue来完成。他
      是PyArg_ParseTuple的逆过程。他的第一个参数和PyArg_ParseTuple的第二个
      参数一样，是个格式化符号。第三个参数是我们需要转换的参数。Py_BuildValue
      会把所有的返回只组装成一个tutple给python。
 
      如果对应的C函数没有返回值（即返回值类型为void），则应返回一个全局的None
      对象(Py_None)，并将其引用计数增，如下所示：
      Py_INCREF(Py_None);
      returnPy_None;
   */
}

四、再加点功能

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);
}

编译

开编，编译出来的PyExt.dll文件改名为PyExt.pyd放入Python的C:\Python25\DLLs目录就可以全局使用了，如果你只想某个Python的工程，放在工程的相对路径下面就可以了。

使用

可能的问题

里面的这些PyMODINIT_FUNC，与Python相关的宏和定义在哪里呢？定义下#include<Python.h>就可以了，但是定义了之后提示Python.h找不到还是编译不过怎么办？这说明你没有安装Python或者安装了但是没有把头文件路径引入Path环境变量，或者你把Python的include目录加入工程的附加包含目录（Additional IncludeDirectories）,一般是C:\Python25\include这个目录，其中C:\Python25是Python的安装目录，按你机器的实际情况配置）。

如果提示：Error 1 fatal error LNK1104:cannot open file 'python25_d.lib' 类似这样的错误，一般可能是没有安装Python的开发版本，没关系，你使用Release编译一下，如果还不行，就把C:\Python25\libs目录加入工程的附加库目录（Additional LibraryDirectories）。

总结

以上就是本文关于使用C++扩展Python的功能详解的全部内容，希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以继续参阅本站其他相关专题，如有不足之处，欢迎留言指出。感谢朋友们对本站的支持！