Python模块和C/C++的动态库间相互调用

Python模块和C/C++动态库相互调用

• Python调用C/C++
• • 1、Python调用C动态链接库
  • 2、Python调用C/C++原生态导出
  • 3、Python调用C/C++通过boost实现
  • 4、Python调用C/C++通过导出类
  • 5、Python调用C/C++通过导出变参函数
  • 6、Python调用C/C++通过导出带Python对象的接口

Python调用C/C++ 1、Python调用C动态链接库

Python调用C库比较简单，不经过任何封装打包成so，再使用python的ctypes调用即可。

1. C语言文件：pycall.c

# include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
int foof(int a,  int b){
    printf("you input %d and %d",a,b);
    return a+b;
}

3. gcc编译生成动态库libpycall.so

gcc -o libpycall.so -shared -fPIC pycall.c

5. Python调用动态库的文件：pycall.py

import ctypes
ll = ctypes.cdll.LoadLibrary
lib = ll("Cfoo.so")
lib.foof(1,3)

7. 运行结果：

2、Python调用C/C++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  
  
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/python2.7 -o test1.so 

-fPIC：生成位置无关目标代码，适用于动态连接；
-L path：表示在path目录中搜索库文件，如-L.表示在当前目录；
-I path：表示在path目录中搜索头文件；
-o file：制定输出文件为file；
-shared：生成一个共享库文件；

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:

1. 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
2. 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

3、Python调用C/C++通过boost实现

我们使用和上面同样的例子，实现test2.cpp如下：

#include  
#include  
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/python2.7 -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 

4、Python调用C/C++通过导出类

test3.cpp实现如下：

#include  
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") 
        .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").def("Add", &Test::Add); 
class_("Test").def("Del", &Test::Del); 

编译命令如下：

g++ test3.cpp -fPIC -shared -o test3.so -I/usr/include/python2.7 -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 

5、Python调用C/C++通过导出变参函数

test4.cpp实现如下：

#include  
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") 
        .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/python2.7 -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

6、Python调用C/C++通过导出带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：

```cpp
#include  
  
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/python2.7 -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); 
}