C++ 擴展和嵌入 Python(1)

C++ 擴展和嵌入 Python(1)
 
 

 

Python簡介

Python是一種簡單易學,功能強大的解釋型編程語言,它有簡潔明瞭的語法,高效率的高層數據結構,能夠簡單而有效地實現面向對象編程,特別適用於快速應用程序開發,也可以用來開發大規模的重要的商業應用。Python是一個理想的腳本語言。

Python免費開源,可移植到多種操作系統,只要避免使用依賴於特定操作系統的特性,Python程序無需修改就可以在各種平臺上面運行。

Python擁有現代編程語言所具有的一切強大功能,Python標準庫十分龐大,可以幫助開發者處理各種工作,如:圖形用戶界面、文件處理、多媒體、正則表達式、文檔生成、單元測試、線程、數據庫、網絡通訊、網頁瀏覽器、CGI、FTP、電子郵件、XML、HTML、WAV文件、密碼系統、Tk和其他與系統有關的操作。只要安裝了Python,這些功能都是可用的除了標準庫以外,還有許多其他高質量的庫,如wxPython、Twisted和Python圖形庫等等數不勝數。

Python容易擴展和嵌入。Python提供的許多標準模塊支持C或者C++接口。Python和C可以一起工作,它可以嵌入到C或者C++的應用程序當中,因此可用Python語言爲應用程序提供腳本接口,由於支持跨語言開發,可用Python設計概念化應用程序,並逐步移植到C,使用前不必用C重寫應用程序。(Jython使Python可以和Java一起工作,使開發者可以在Python裏面調Java的包,也可以在Java裏面使用Python的對象。還有更妙的,由於Jython的解釋器完全用Java編寫,因此可以在支持Java的任何平臺上部署Python程序,甚至WEB瀏覽器也可以直接運行Python腳本。)

提出問題

在某個C++應用程序中,我們用一組插件來實現一些具有統一接口的功能,我們使用Python來代替動態鏈接庫形式的插件,這樣可以方便地根據需求的變化改寫腳本代碼,而不是必須重新編譯鏈接二進制的動態鏈接庫。Python強大的功能足以勝任,但是有一些操作系統特定的功能需要用C++來實現,再由Python調用。所以,最基礎地,我們需要做到:

  • 1. 把Python嵌入到C++應用程序中,在C++程序中調用Python函數和獲得變量的值;
  • 2. 用C++爲Python編寫擴展模塊(動態鏈接庫),在Python程序中調用C++開發的擴展功能函數。

常用的Python/C API介紹

下面是例子中用到的幾個Python/C API的簡要介紹及示例代碼。注意,這並不是這些函數的詳細介紹,而僅僅是我們所用到的功能簡介,更詳細內容請參考文檔[1]、[2]、[3]、[4]。

打開Microsoft Visual Studio .NET 2003,新建一個控制檯程序,#include ,並在main函數里加入示例代碼。

//先定義一些變量


1. void Py_Initialize( ) 

初始化Python解釋器,在C++程序中使用其它Python/C API之前,必須調用此函數,如果調用失敗,將產生一個致命的錯誤。例:

2. int PyRun_SimpleString( const char *command)

執行一段Python代碼,就好象是在__main__ 函數裏面執行一樣。例:


3. PyObject* PyImport_ImportModule( char *name)

導入一個Python模塊,參數name可以是*.py文件的文件名。相當於Python內建函數__import__()。例:


4. PyObject* PyModule_GetDict( PyObject *module) 

相當於Python模塊對象的__dict__ 屬性,得到模塊名稱空間下的字典對象。例:


5. PyObject* PyRun_String( const char *str, int start, PyObject *globals, PyObject *locals)

執行一段Python代碼。


6. int PyArg_Parse( PyObject *args, char *format, ...)

解構Python數據爲C的類型,這樣C程序中纔可以使用Python裏的數據。例:


7. PyObject* PyObject_GetAttrString( PyObject *o, char *attr_name)

返回模塊對象o中的attr_name 屬性或函數,相當於Python中表達式語句:o.attr_name。例:


8. PyObject* Py_BuildValue( char *format, ...)

構建一個參數列表,把C類型轉換爲Python對象,使Python可以使用C類型數據,例:


9. PyEval_CallObject(PyObject* pfunc, PyObject* pargs)

此函數有兩個參數,都指向Python對象指針,pfunc是要調用的Python 函數,通常可用PyObject_GetAttrString()獲得;pargs是函數的參數列表,通常可用Py_BuildValue()構建。例:


10. void Py_Finalize( ) 

關閉Python解釋器,釋放解釋器所佔用的資源。例:


Python2.4環境沒有提供調試版本的Python24d.lib,所以上述示例在release模式下編譯。編譯完成後,把可行文件和附2給出的mymod.py文件放在一起,再點擊即可運行。爲了簡化編程,附3 給出了simplepy.h。這樣,調用mymod.transform變成如下形式:


接下來,我們來用C++爲Python編寫擴展模塊(動態鏈接庫),並在Python程序中調用C++開發的擴展功能函數。生成一個取名爲pyUtil的Win32 DLL工程,除了pyUtil.cpp文件以外,從工程中移除所有其它文件,並填入如下的代碼:


在Python代碼中調用這個動態鏈接庫:

用C++爲Python寫擴展時,如果您願意使用Boost.Python庫的話,開發過程會變得更開心J,要編寫一個與上述pyUtil同樣功能的動態鏈接庫,只需把文件內容替換爲下面的代碼。當然,編譯需要boost_python.lib支持,運行需要boost_python.dll支持。

所有示例都在Microsoft Windows XP Professional + Microsoft Visual Studio .NET 2003 + Python2.4環境下測試通過,本文所用的Boost庫爲1.33版本。

 

 

參考資料

  • [1] Python Documentation Release 2.4.1. 2005.3.30,如果您以默認方式安裝了Python2.4,那麼該文檔的位置在C:/Program Files/Python24/Doc/Python24.chm;
  • [2] Michael Dawson. Python Programming for the Absolute Beginner. Premier Press. 2003;
  • [3] Mark Lutz. Programming Python, 2nd Edition. O''Reilly. 2001.3 ;
  • [4] Mark Hammond, Andy Robinson. Python Programming on Win32. O''Reilly. 2000.1 ;
  • Python主頁:http://www.python.org
  • Boost庫主面:www.boost.org;

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