Python的C/C++拓展

Python允許使用 C 或 C++ 編寫模塊以使用新模塊來擴展 Python 解釋器的功能。
除了ctypes能夠兼容C數據類型，包裝動態庫以外，還有不少第三方工具提供更簡單或更復雜的方式爲Python創建C和C++的拓展，例如：Cython，Cffi，boost.python，pybind11等等。

ctypes

教程

官方文檔
Calling C/C++ extensions with ctypes
Calling C functions from Python – part 1 – using ctypes – Yi Zhang’s MSDN Blog

注意事項

1. None，整型，bytes對象和字符串(unicode)是僅有的可以直接作爲函數參數使用的四種Python本地數據類型。如果調用函數的傳入參數涉及到其它數據類型，則必須經過顯式的數據類型轉換或顯式指定參數類型，例如：

   # test.c
   float add(float x, float y){
       return x + y;
   }
   

   from ctypes import *
   libc = CDLL('./test_c.so')
   res = libc.add(1.2, 1.2)
   print(res)
   

   報錯：

   ctypes.ArgumentError: argument 1: <class 'TypeError'>: Don't know how to convert parameter 1
   # 不知道如何轉換數據
   

   解決方案：

   from ctypes import *
   libc = CDLL('./test_c.so')
   # 顯式轉換
   res = libc.add(c_float(1.2), c_float(1.2))
   print(res)
   

   或

   from ctypes import *
   libc = CDLL('./test_c.so')
   # 指定參數類型（推薦方式）
   libc.add.argtypes = [c_float, c_float]
   res = libc.add(1.2, 1.2)
   print(res)
   

2. ctypes只兼容C數據類型，如果是C++的擴展程序則需要使用extern "C"進行聲明，若沒有聲明常出現下面的錯誤：
   報錯：

   AttributeError: ./test_cpp.so: undefined symbol: add
   

   原因：C和C++經過編譯之後函數命名規則不同，因此會出現符號未定義錯誤。
   正確姿勢：

3. 默認情況下，假定函數返回C int類型。 可以通過設置函數對象的restype屬性來指定其他返回類型，例如：

   libc.add.restype = c_float
   

pybind11

pybind11是一個輕量級的頭文件庫，它在Python中暴露C ++類型，反之亦然，主要是創建現有C ++代碼的Python綁定。它的目標和語法與David Abrahams出色的Boost.Python庫相似：通過使用編譯時自檢來推斷類型信息，以最大程度地減少傳統擴展模塊中的模板代碼。

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官方文檔
CodeRefinery
Python wrappers for C++ with pybind11 — LSST DM Developer Guide Current documentation