#Python模块和C/C++的动态库间相互调用
原链接：
https://www.cnblogs.com/yanzi-meng/p/8066944.html
##一、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
/***gcc -o libpycall.so -shared -fPIC pycall.c*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int foo(int a, int b)
{
printf("you input %d and %d\n", a, b);
return a+b;
}
（2）gcc编译生成动态库libpycall.so：gcc -o libpycall.so -shared -fPIC pycall.c。使用g++编译生成C动态库的代码中的函数或者方法时，需要使用extern "C"来进行编译。
（3）Python调用动态库的文件：pycall.py
import ctypes
ll = ctypes.cdll.LoadLibrary
lib = ll("./libpycall.so")
lib.foo(1, 3)
print '***finish***'
2、Python调用C++(类)动态链接库
需要extern "C"来辅助，也就是说还是只能调用C函数，不能直接调用方法，但是能解析C++方法。不是用extern “C”，构建后的动态链接库没有这些函数的符号表。
（1）C++类文件：pycallclass.cpp
#include <iostream>
using namespace std;
class TestLib
{
public:
void display();
void display(int a);
};
void TestLib::display() {
cout<<"First display"<<endl;
}
void TestLib::display(int a) {
cout<<"Second display:"<<a<<endl;
}
extern "C" {
TestLib obj;
void display() {
obj.display();
}
void display_int() {
obj.display(2);
}
}
（3）Python调用动态库的文件：pycallclass.py
import ctypes
so = ctypes.cdll.LoadLibrary
lib = so("./libpycallclass.so")
print 'display()'
lib.display()
print 'display(100)'
lib.display_int(100)
3、Python调用C/C++可执行程序
（1）C/C++程序：main.cpp
#include <iostream>
using namespace std;
int test()
{
int a = 10, b = 5;
return a+b;
}
int main()
{
cout<<"---begin---"<<endl;
int num = test();
cout<<"num="<<num<<endl;
cout<<"---end---"<<endl;
}
(2)编译成二进制可执行文件：g++ -o testmain main.cpp。
(3)Python调用程序：main.py
import commands
import os
main = "./testmain"
if os.path.exists(main):
rc, out = commands.getstatusoutput(main)
print 'rc = %d, \nout = %s' % (rc, out)
print '*'*10
f = os.popen(main)
data = f.readlines()
f.close()
print data
print '*'*10
os.system(main)
4、扩展Python（C/C++为Python编写扩展模块）
所有能被整合或导入到其它python脚本的代码，都可以被称为扩展。可以用Python来写扩展，也可以用C和C++之类的编译型的语言来写扩展。Python在设计之初就考虑到要让模块的导入机制足够抽象。抽象到让使用模块的代码无法了解到模块的具体实现细节。Python的可扩展性具有的优点：方便为语言增加新功能、具有可定制性、代码可以实现复用等。
为 Python 创建扩展需要三个主要的步骤：创建应用程序代码、利用样板来包装代码和编译与测试。
（1）创建应用程序代码
//给定字符串s和t,编写一个函数来判断t是否是s的字母异位词（包含的字母和对应的个数相同）
//s和t都是小写
#include<stdio.h>
int diffWord(char *s,char * t)
{
int iWordCnt[26]={0};
char *p = NULL;
int i = 0;
if(s == NULL || t == NULL)
return 0;
else
{
p = s;
do
{
iWordCnt[*p-97]++;
printf("1%c %d\n",*p,iWordCnt[*p-97]);
}while(*(p++) != '\0');
p = t;
do
{
iWordCnt[*p-97]--;
printf("2 %c %d\n",*p,iWordCnt[*p-97]);
}while(*(p++) != '\0');
}
for(i=0;i<26;i++)
{
if(iWordCnt[i] != 0)
{
printf("%d\n",iWordCnt[i]);
return 0;
}
}
return 1;
}
int main(int argc,char *argv[])
{
char s[100]="asdfasdf";
char t[100]="fdsafdsa";
int Ret = 0;
Ret = diffWord(s,t);
if (Ret == 1)
printf("yes\n");
else
printf("no\n");
return 0;
}
（2）用样板来包装代码
接口的代码被称为“样板”代码，它是应用程序代码与Python解释器之间进行交互所必不可少的一部分。样板主要分为4步：a、包含Python的头文件；b、为每个模块的每一个函数增加一个型如PyObject* Module_func()的包装函数；c、为每个模块增加一个型如PyMethodDef ModuleMethods[]的数组；d、增加模块初始化函数PyModule_Create()。
//给定字符串s和t,编写一个函数来判断t是否是s的字母异位词（包含的字母和对应的个数相同）
//s和t都是小写
#include<stdio.h>
int diffWord(char *s,char * t)
{
int iWordCnt[26]={0};
char *p = NULL;
int i = 0;
if(s == NULL || t == NULL)
return 0;
else
{
p = s;
do
{
iWordCnt[*p-97]++;
}while(*(p++) != '\0');
p = t;
do
{
iWordCnt[*p-97]--;
}while(*(p++) != '\0');
}
for(i=0;i<26;i++)
{
if(iWordCnt[i] != 0)
{
return 0;
}
}
return 1;
}
int main(int argc,char *argv[])
{
char s[100]="asdfasdf";
char t[100]="fdsafdsa";
int Ret = 0;
Ret = diffWord(s,t);
if (Ret == 1)
printf("yes\n");
else
printf("no\n");
return 0;
}
#include "Python.h"
static PyObject *
PyDiffWord_diffWord(PyObject * self, PyObject *args)
{
char *s;
char *t;
PyObject *retval;
if(!PyArg_ParseTuple(args,"ss",&s,&t))
return NULL;
retval = (PyObject *)Py_BuildValue("l", diffWord(s,t));
return retval;
}
static PyMethodDef
PyDiffWord_Methods[]=
{
{"diffWord",PyDiffWord_diffWord,METH_VARARGS,"check diff words"},
{NULL,NULL,0,NULL}
};
static struct PyModuleDef diffmodule = {
PyModuleDef_HEAD_INIT,
"PyDiffWord", /* name of module */
NULL, /* module documentation, may be NULL */
-1, /* size of per-interpreter state of the module,
or -1 if the module keeps state in global variables. */
PyDiffWord_Methods
};
PyMODINIT_FUNC
PyInit_PyDiffWord(void)
{
return PyModule_Create(&diffmodule);
}
从Python到C的转换用PyArg_Parse系列函数，int PyArg_ParseTuple()：把Python传过来的参数转为C；int PyArg_ParseTupleAndKeywords()与PyArg_ParseTuple()作用相同，但是同时解析关键字参数；它们的用法跟C的sscanf函数很像，都接受一个字符串流，并根据一个指定的格式字符串进行解析，把结果放入到相应的指针所指的变量中去，它们的返回值为1表示解析成功，返回值为0表示失败。从C到Python的转换函数是PyObject Py_BuildValue()：把C的数据转为Python的一个对象或一组对象，然后返回之；Py_BuildValue的用法跟sprintf很像，把所有的参数按格式字符串所指定的格式转换成一个Python的对象。
为每个模块增加一个型如PyMethodDef ModuleMethods[]的数组，以便于Python解释器能够导入并调用它们，每一个数组都包含了函数在Python中的名字，相应的包装函数的名字以及一个METH_VARARGS常量，METH_VARARGS表示参数以tuple形式传入。 若需要使用PyArg_ParseTupleAndKeywords()函数来分析命名参数的话，还需要让这个标志常量与METH_KEYWORDS常量进行逻辑与运算常量 。数组最后用两个NULL来表示函数信息列表的结束。
所有工作的最后一部分就是模块的初始化函数，调用PyModule_Create()函数，并把模块名和ModuleMethods[]数组的名字传递进去，以便于解释器能正确的调用模块中的函数。
（3）编译
为了让新Python的扩展能被创建，需要把它们与Python库放在一起编译，distutils包被用来编译、安装和分发这些模块、扩展和包。
创建一个setup.py 文件，编译最主要的工作由setup()函数来完成：
from distutils.core import setup,Extension
MOD = "PyDiffWord"
setup(name=MOD,ext_modules=[Extension(MOD,sources=["pydiffword.c"])])
Extension()第一个参数是(完整的)扩展的名字，如果模块是包的一部分的话，还要加上用’.'分隔的完整的包的名字。上述的扩展是独立的，所以名字只要写"Extest"就行；sources参数是所有源代码的文件列表，只有一个文件Extest2.c。setup需要两个参数：一个名字参数表示要编译哪个内容；另一个列表参数列出要编译的对象，上述要编译的是一个扩展，故把ext_modules参数的值设为扩展模块的列表。
运行setup.py build命令就可以开始编译我们的扩展了
你的扩展会被创建在运行setup.py脚本所在目录下的build/lib.*目录中，可以切换到那个目录中来测试模块，或者也可以用命令把它安装到Python中：python setup.py install，会提示相应信息。
（5）引用计数和线程安全
Python对象引用计数的宏：Py_INCREF(obj)增加对象obj的引用计数，Py_DECREF(obj)减少对象obj的引用计数。Py_INCREF()和Py_DECREF()两个函数也有一个先检查对象是否为空的版本，分别为Py_XINCREF()和Py_XDECREF()。
编译扩展的程序员必须要注意，代码有可能会被运行在一个多线程的Python环境中。这些线程使用了两个C宏Py_BEGIN_ALLOW_THREADS和Py_END_ALLOW_THREADS，通过将代码和线程隔离，保证了运行和非运行时的安全性，由这些宏包裹的代码将会允许其他线程的运行。
##二、C/C++调用Python
C++可以调用Python脚本，那么就可以写一些Python的脚本接口供C++调用了，至少可以把Python当成文本形式的动态链接库，
需要的时候还可以改一改，只要不改变接口。缺点是C++的程序一旦编译好了，再改就没那么方便了。
（1）Python脚本：pytest.py
#test function
def add(a,b):
print "in python function add"
print "a = " + str(a)
print "b = " + str(b)
print "ret = " + str(a+b)
return
def foo(a):
print "in python function foo"
print "a = " + str(a)
print "ret = " + str(a * a)
return
class guestlist:
def __init__(self):
print "aaaa"
def p():
print "bbbbb"
def __getitem__(self, id):
return "ccccc"
def update():
guest = guestlist()
print guest['aa']
#update()
（2）C++代码：
/**g++ -o callpy callpy.cpp -I/usr/include/python2.6 -L/usr/lib64/python2.6/config -lpython2.6**/
#include <Python.h>
int main(int argc, char** argv)
{
// 初始化Python
//在使用Python系统前，必须使用Py_Initialize对其
//进行初始化。它会载入Python的内建模块并添加系统路
//径到模块搜索路径中。这个函数没有返回值，检查系统
//是否初始化成功需要使用Py_IsInitialized。
Py_Initialize();
// 检查初始化是否成功
if ( !Py_IsInitialized() ) {
return -1;
}
// 添加当前路径
//把输入的字符串作为Python代码直接运行，返回0
//表示成功，-1表示有错。大多时候错误都是因为字符串
//中有语法错误。
PyRun_SimpleString("import sys");
PyRun_SimpleString("print '---import sys---'");
PyRun_SimpleString("sys.path.append('./')");
PyObject *pName,*pModule,*pDict,*pFunc,*pArgs;
// 载入名为pytest的脚本
pName = PyString_FromString("pytest");
pModule = PyImport_Import(pName);
if ( !pModule ) {
printf("can't find pytest.py");
getchar();
return -1;
}
pDict = PyModule_GetDict(pModule);
if ( !pDict ) {
return -1;
}
// 找出函数名为add的函数
printf("----------------------\n");
pFunc = PyDict_GetItemString(pDict, "add");
if ( !pFunc || !PyCallable_Check(pFunc) ) {
printf("can't find function [add]");
getchar();
return -1;
}
// 参数进栈
*pArgs;
pArgs = PyTuple_New(2);
// PyObject* Py_BuildValue(char *format, ...)
// 把C++的变量转换成一个Python对象。当需要从
// C++传递变量到Python时，就会使用这个函数。此函数
// 有点类似C的printf，但格式不同。常用的格式有
// s 表示字符串，
// i 表示整型变量，
// f 表示浮点数，
// O 表示一个Python对象。
PyTuple_SetItem(pArgs, 0, Py_BuildValue("l",3));
PyTuple_SetItem(pArgs, 1, Py_BuildValue("l",4));
// 调用Python函数
PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
//下面这段是查找函数foo 并执行foo
printf("----------------------\n");
pFunc = PyDict_GetItemString(pDict, "foo");
if ( !pFunc || !PyCallable_Check(pFunc) ) {
printf("can't find function [foo]");
getchar();
return -1;
}
pArgs = PyTuple_New(1);
PyTuple_SetItem(pArgs, 0, Py_BuildValue("l",2));
PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
printf("----------------------\n");
pFunc = PyDict_GetItemString(pDict, "update");
if ( !pFunc || !PyCallable_Check(pFunc) ) {
printf("can't find function [update]");
getchar();
return -1;
}
pArgs = PyTuple_New(0);
PyTuple_SetItem(pArgs, 0, Py_BuildValue(""));
PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
Py_DECREF(pName);
Py_DECREF(pArgs);
Py_DECREF(pModule);
// 关闭Python
Py_Finalize();
return 0;
}
（3）C++编译成二进制可执行文件：g++ -o callpy callpy.cpp -I/usr/include/python2.6 -L/usr/lib64/python2.6/config -lpython2.6，编译选项需要手动指定Python的include路径和链接接路径（Python版本号根据具体情况而定）。