Python调用C++程序的方法详解
大家都知道Python的优点是开发效率高，使用方便，C++则是运行效率高，这两者可以相辅相成，不管是在Python项目中嵌入C++代码，或是在C++项目中用Python实现外围功能，都可能遇到Python调用C++模块的需求，下面列举出集中c++代码导出成Python接口的几种基本方法，一起来学习学习吧。
原生态导出
Python解释器就是用C实现，因此只要我们的C++的数据结构能让Python认识，理论上就是可以被直接调用的。我们实现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);
}
编译命令如下
g++ -fPIC -shared test1.cpp -I/usr/include/python2.6 -o test1.so
运行Python解释器，测试如下
>>> import test1 >>> test1.Add(1,2) 3
这里要注意一下几点
如果生成的动态库名字为test1，则源文件里必须有inittest1这个函数，且Py_InitModule的第一个参数必须是“test1”，否则Python导入模块会失败
如果是cpp源文件，inittest1函数必须用extern "C"修饰，如果是c源文件，则不需要。原因是Python解释器在导入库时会寻找initxxx这样的函数，而C和C++对函数符号的编码方式不同，C++在对函数符号进行编码时会考虑函数长度和参数类型，具体可以通过
nm test1.so查看函数符号，c++filt工具可通过符号反解出函数原型
通过boost实现
我们使用和上面同样的例子，实现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的参数为要导出的模块名字
编译命令如下
g++ test2.cpp -fPIC -shared -o test2.so -I/usr/include/python2.6 -I/usr/local/include -L/usr/local/lib -lboost_python
注意： 编译时需要指定boost头文件和库的路径，我这里分别是/usr/local/include和/usr/local/lib
或者通过setup.py导出模块
#!/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的第一个参数为模块名，第二个参数为文件名
执行如下命令
python setup.py build
这时会生成build目录，找到里面的test2.so，并进入同一级目录，验证如下
>>> import test2 >>> test2.Add(1,2) 3 >>> test2.Del(1,2) -1
导出类
test3.cpp实现如下
#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使用方法有点类似Python的语法，等同于
class_<Test>("Test").def("Add", &Test::Add);
class_<Test>("Test").def("Del", &Test::Del);
编译命令如下
g++ test3.cpp -fPIC -shared -o test3.so -I/usr/include/python2.6 -I/usr/local/include/boost -L/usr/local/lib -lboost_python
测试如下
>>> import test3 >>> test = test3.Test() >>> test.Add(1,2) 3 >>> test.Del(1,2) -1
导出变参函数
test4.cpp实现如下
#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"));
}
这里Add和Del函数均采用了默认参数，Del为普通函数，Add为类成员函数，这里分别调用了不同的宏，宏的最后两个参数分别代表函数的最少参数个数和最多参数个数
编译命令如下
g++ test4.cpp -fPIC -shared -o test4.so -I/usr/include/python2.6 -I/usr/local/include/boost -L/usr/local/lib -lboost_python
测试如下
>>> 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
导出带Python对象的接口
既然是导出为Python接口，调用者难免会使用Python特有的数据结构，比如tuple,list,dict，由于原生态方法太麻烦，这里只记录boost的使用方法，假设要实现如下的Python函数功能
def Square(list_a)
{
return [x * x for x in list_a]
}
即对传入的list每个元素计算平方，返回list类型的结果
代码如下
#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);
}
编译命令如下
g++ test5.cpp -fPIC -shared -o test5.so -I/usr/include/python2.6 -I/usr/local/include/boost -L/usr/local/lib -lboost_python
测试如下
>>> import test5 >>> test5.Square([1,2,3]) [1, 4, 9]
boost实现了boost::python::tuple, boost::python::list, boost::python::dict这几个数据类型，使用方法基本和Python保持一致，具体方法可以查看boost头文件里的boost/python/tuple.hpp及其它对应文件
另外比较常用的一个函数是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);
}
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