Python与c++通信，作者描述了Python与c++相互通信的方法，依据文章所述，做了相关的实验，在此转述作者文章并记录自己的学习过程。
1. Python调用c++（基础篇）
2. Python调用c++（高级篇，使用swig工具）

Python调用c++

作者：Jerry Jho
链接：https://www.zhihu.com/question/23003213/answer/56121859
来源：知乎
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这种做法称为Python扩展。比如说，我们有一个功能强大的C函数：int great_function(int a) {
return a + 1;
}
期望在Python里这样使用：

from great_module import great_function
great_function(2)
3

考虑最简单的情况。我们把功能强大的函数放入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);
}

除了功能强大的函数great_function外，这个文件中还有以下部分：

• 包裹函数_great_function。它负责将Python的参数转化为C的参数（PyArg_ParseTuple），调用实际的great_function，并处理great_function的返回值，最终返回给Python环境。
• 第三个参数的含义是参数变长，第四个参数是一个说明性的字符串。导出表总是以{NULL, NULL, 0, NULL}结束。
• 导出函数initgreat_module。这个的名字不是任取的，是你的module名称添加前缀init。导出函数中将模块名称与导出表进行连接。

从上述代码可以窥见Python内部运行的方式：

• 所有Python元素，module、function、tuple、string等等，实际上都是PyObject。C语言里操纵它们，一律使用PyObject *。
• 也可以创建Python类型的变量，使用PyXXX_New可以创建类型为XXX的变量。
• 若a是Tuple，则a[i] = b对应于 PyTuple_SetItem(a,i,b)，有理由相信还有一个函数PyTuple_GetItem完成取得某一项的值。
• 不仅Python语言很优雅，Python的库函数API也非常优雅。

在Linux下面，则用gcc编译：

gcc -fPIC -shared great_module.c -o great_module.so -I/usr/include/python2.7/ -lpython2.7

在当前目录下得到great_module.so，同理可以在Python中直接使用。
我输入指令的位置在great_module.c的目录所在的位置，在该文件位置输入以下指令后，会在该目录下生成一个.so动态链接库，该库可以由python调用。


然后在该目录下用python代码调用这个库，使用该库下的函数great_function()

Python调用c++高级（swig）

这里转述的参考的文章为：利用swig对c++库进行Python包装和swig+python的用法，也查阅了swig的官方文档。

SWIG的工作方式：
SWIG本质上是个代码生成器，为C/C++程序生成到其他语言的包装代码(wrapper code)，这些包装代码里会利用各语言提供的C API，将C/C++程序中的内容暴露给相应语言。为了生成这些包装代码，SWIG需要一个接口描述文件，描述将什么样的接口暴露给其他语言。SWIG的 接口描述文件可以包含以下内容：1)ANSI C函数原型声明 2)ANSI C变量声明 3) SWIG指示器(directive)相关内容。SWIG可以直接接受”.h”头文件做为接口描述文件。在有了接口描述文件后，就可以利用swig命令生 成包装代码了，然后将包装代码编译链接成可被其他语言调用的库。
SWIG对Python支持到何种程度？
利用SWIG，可以现实以下功能：1)用Python调用C/C++库；2)用Python继承C++类，并在Python中使用该继承类；3)C++使用Python扩展（通过文档描述应该可以支持，未验证）
SWIG包含的内容
一个代码生成器(swig)：代码生成器根据接口说明文件，生成相应的包装代码。一个库：SWIG将常用的内容放到SWIG库里了，比如对数组、指针的支持，字符串支持，STL支持等。可以在接口文件中直接引用库里的内容，大大方便接口文件的编写。一个简单示例：

1. c库

//example.h
int fact(int n); 

//example.c
#include "example.h"  

int fact(int n) {  
    if (n < 0){ /* This should probably return an error, but this is simpler */  
        return 0;  
    }  
    if (n == 0) {  
        return 1;  
    }  
    else {  
        /* testing for overflow would be a good idea here */  
        return n * fact(n-1);  
    }  
}  

1.2. 利用swig对c库进行包装

1.2.1 写一个.i文件进行swig模块的定义

swig会运行.i文件来生成Python包的前身，然后使用编译器来将这个前身生成Python的包(.so文件)，就可以import它了。

/* File: example.i */  
%module example  

%{  
#define SWIG_FILE_WITH_INIT  
#include "example.h"  
%}  

int fact(int n); 

1.2.2 通过命令行来swig来创建python包的前身

c源码的话：

swig -python example.i

这样会创建两个不同的文件：example_wrap.c 和python文件 example.py。

1.2.3 编译生成python包

进行如下的操作就可以在当前目录下编译生成python包_example.so，然后就可以直接import _example，来进行操作了。

1.2.3.1 直接使用Linux下的c++编译器

gcc -fPIC -I/usr/include/python2.7 -shared -o _example.so example_wrap.c example.c

生成的python包的名称前要加下划线，c库文件要使用gcc而不是g++(c++编译器)。

1.2.3.2 使用python.distutils生成模块动态库

使用该方法时需要配置（写）一个.py文件，然后运行该文件来生成模块动态库。
最近的python版本都会自带一个distutils工具，可以用它来创建python的扩展模块。使用它也很简单，只需要先定义一个配置文件，通常是命名为setup.py，如下

#!/usr/bin/env python  

""" 
setup.py file for SWIG example 
"""  

from distutils.core import setup, Extension  


example_module = Extension('_example',  
                           sources=['example_wrap.c', 'example.c'],  
                           )  

setup (name = 'example',  
       version = '0.1',  
       author      = "SWIG Docs",  
       description = """Simple swig example from docs""",  
       ext_modules = [example_module],  
       py_modules = ["example"],  
       )  

代码：example_module = Extension(…)创建一个扩展模块对象,并命名为_example,并使用由swig生成的example_wrap.c和用户自己的源码example.c.swig生成的扩展模块对象名必须使用python模块名并在前面加上下划线_,刚才我们通过swig生成的python文件是example.py,所以这里的模块对象名必须是’_example’,否则无法顺利编译.
然后在当前目录下（有.c、.i、.py、setup.py），运行命令：

%PYTHON_ROOT%\python setup.py build_ext –inplace

或直接

python setup.py build_ext –inplace

就可以生成_example.so了。

2. c++库

//example.h
int fact(int n); 

//example.cpp
#include "example.h"  

int fact(int n) {  
    if (n < 0){ /* This should probably return an error, but this is simpler */  
        return 0;  
    }  
    if (n == 0) {  
        return 1;  
    }  
    else {  
        /* testing for overflow would be a good idea here */  
        return n * fact(n-1);  
    }  
}  

2.2. 利用swig对c++库进行包装

2.2.1 写一个.i文件进行swig模块的定义

/* File: example.i */  
%module example  

%{  
#define SWIG_FILE_WITH_INIT  
#include "example.h"  
%}  

int fact(int n); 

2.2.2 通过命令行来swig来创建python包的前身

如果是c++源码：

swig -c++ -python example.i
这样会创建两个不同的文件：example_wrap.cxx 和python文件 example.py。

2.2.3 编译生成python包

2.2.3.1 直接使用Linux下的c++编译器

g++ -fPIC -shared example_wrap.cxx example.cpp -o _example.so -I/usr/include/python2.7/ -lpython2.7

生成的python包的名称前要加下划线，c++库文件要使用g++而不是gcc(c编译器)。

2.2.3.2 使用python.distutils生成模块动态库

使用该方法时需要配置（写）一个.py文件，然后运行该文件来生成模块动态库。
最近的python版本都会自带一个distutils工具，可以用它来创建python的扩展模块。使用它也很简单，只需要先定义一个配置文件，通常是命名为setup.py，如下

#!/usr/bin/env python  

""" 
setup.py file for SWIG example 
"""  

from distutils.core import setup, Extension  


example_module = Extension('_example',  
                           sources=['example_wrap.cxx', 'example.cpp'],  
                           )  

setup (name = 'example',  
       version = '0.1',  
       author      = "SWIG Docs",  
       description = """Simple swig example from docs""",  
       ext_modules = [example_module],  
       py_modules = ["example"],  
       )  

然后在当前目录下（有.cxx、.i、.py、setup.py），运行命令：

%PYTHON_ROOT%\python setup.py build_ext –inplace

或直接

python setup.py build_ext –inplace

就可以生成_example.so了。

3 python调用生成的_example.so

ipython
Input[0]: import example
Input[1]: example.fact(5)
Output[1]: 120

值得注意的是import的包是example而不是_example。