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TUhjnbcbe - 2025/1/9 22:02:00
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文章说了python与C的结合,现在我们继续来说最广泛的方法。如果还有对上一章不清楚的可以继续看看!

python与C语言的结合

Python/CAPI

Python/CAPI可能是被最广泛使用的方法。它不仅简单,而且可以在C代码中操作你的Python对象。

这种方法需要以特定的方式来编写C代码以供Python去调用它。所有的Python对象都被表示为一种叫做PyObject的结构体,并且Python.h头文件中提供了各种操作它的函数。例如,如果PyObject表示为PyListType(列表类型)时,那么我们便可以使用

PyList_Size()函数来获取该结构的长度,类似Python中的len(list)函数。大部分对Python原生对象的基础函数和操作在Python.h头文件中都能找到。

示例

编写一个C扩展,添加所有元素到一个Python列表(所有元素都是数字)来看一下我们要实现的效果,这里演示了用Python调用C扩展的代码。

#Thoughitlookslikeanordinarypythonimport,theaddListmoduleisimplementedinCimportaddListl=[1,2,3,4,5]printSumofList-+str(l)+=+str(addList.add(l))

上面的代码和普通的Python文件并没有什么分别,导入并使用了另一个叫做addList

的Python模块。唯一差别就是这个模块并不是用Python编写的,而是C。接下来我们看看如何用C编写addList模块,这可能看起来有点让人难以接受,但是一旦你了解了这之中的各种组成,你就可以一往无前了。

逐步解释-Python.h头文件中包含了所有需要的类型(Python对象类型的表示)和函数定义(对Python对象的操作)-接下来我们编写将要在Python调用的函数,函数传统的命名方式由{模块名}_{函数名}组成,所以我们将其命名为addList_add-然后填写想在模块内实现函数的相关信息表,每行一个函数,以空行作为结束-最后的模块初始化块签名为PyMODINIT_FUNCinit{模块名}。

函数addList_add接受的参数类型为PyObject类型结构(同时也表示为元组类型,因为Python中万物皆为对象,所以我们先用PyObject来定义)。传入的参数则通PyArg_ParseTuple()来解析。第一个参数是被解析的参数变量。第二个参数是一个字符串,告诉我们如何去解析元组中每一个元素。字符串的第n个字母正是代表着元组中第n个参数的类型。例如,i代表整形,s代表字符串类型,O则代表一个Python对象。接下来的参数都是你想要通过PyArg_ParseTuple()函数解析并保存的元素。这样参数的数量和模块中函数期待得到的参数数量就可以保持一致,并保证了位置的完整性。例如,我们想传入一个字符串,一个整数和一个Python列表,可以这样去写。

intn;char*s;PyObject*list;PyArg_ParseTuple(args,siO,n,s,list);

在这种情况下,我们只需要提取一个列表对象,并将它存储在listObj变量中。然后用列表对象中的PyList_Size()函数来获取它的长度。就像Python中调用len(list)。

现在我们通过循环列表,使用PyList_GetItem(list,index)函数来获取每个元素。这将返回一个PyObject*对象。既然Python对象也能表示PyIntType,我们只要使用PyInt_AsLong(PyObj*)函数便可获得我们所需要的值。我们对每个元素都这样处理,最后再得到它们的总和。总和将被转化为一个Python对象并通Py_BuildValue()返回给Python代码,这里的i表示我们要返回一个Python整形对象。现在我们已经编写完C模块了。将下列代码保存为setup.py。

现在应该已经将我们的C文件编译安装到我们的Python模块中了。

在一番辛苦后,让我们来验证下我们的模块是否有效

如你所见,我们已经使用Python.hAPI成功开发出了我们第一个PythonC扩展。这种方法看似复杂,但你一旦习惯,它将变得非常有效。

Python调用C代码的另一种方式便是使用Cython让Python编译的更快。但是Cython和传统的Python比起来可以将它理解为另一种语言,所以我们就不在这里过多描述了。

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