python与c语言混合编程_python和C语言混编的几种方式
Python這些年風(fēng)頭一直很盛，占據(jù)了很多領(lǐng)域的位置，Web、大數(shù)據(jù)、人工智能、運(yùn)維均有它的身影，甚至圖形界面做的也很順，乃至full-stack這個(gè)詞語(yǔ)剛出來(lái)的時(shí)候，似乎就是為了描述它。
Python雖有GIL的問題導(dǎo)致多線程無(wú)法充分利用多核，但后來(lái)的multiprocess可以從多進(jìn)程的角度來(lái)利用多核，甚至affinity可以綁定具體的CPU核，這個(gè)問題也算得到解決。雖基本為全棧語(yǔ)言，但有的時(shí)候?yàn)榱诵?#xff0c;可能還是會(huì)去考慮和C語(yǔ)言混編。混編是計(jì)算機(jī)里一個(gè)不可回避的話題，涉及的東西很多，技術(shù)、架構(gòu)、團(tuán)隊(duì)情況、管理、客戶等各個(gè)環(huán)節(jié)可能對(duì)其都有影響，混編這個(gè)問題我想到時(shí)候再開一貼專門討論。本文只講python和C混編的方式，大致有如下幾種方式(本文背景是linux，其他平臺(tái)可以類比)：
共享庫(kù)
使用C語(yǔ)言編譯產(chǎn)生共享庫(kù)，然后python使用ctype庫(kù)里的cdll來(lái)打開共享庫(kù)。
舉例如下，C語(yǔ)言代碼為
/* func.c */
int func(int a)
{
return a*a;
}
python代碼為
#!/usr/bin/env python
#test_so.py
from ctypes import cdll
import os
p = os.getcwd() + '/libfunc.so'
f = cdll.LoadLibrary(p)
print f.func(99)
測(cè)試如下
1
2
3
$ gcc -fPIC -shared func.c -o libfunc.so
$ ./test_so.py
9801
subprocess
C語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)完整的可執(zhí)行文件，然后python通過subprocess來(lái)執(zhí)行該可執(zhí)行文件，本質(zhì)上是fork+execve。
舉例如下，C語(yǔ)言代碼為
/* test.c */
#include
int func(int a)
{ return a*a;
}
int main(int argc, char **argv)
{ int x; sscanf(argv[1], "%d", &x); printf("%d\n", func(x)); return 0;
}
Python代碼為
#!/usr/bin/env python
# test_subprocess.py
import os
import subprocess
subprocess.call([os.getcwd()+'/a.out', '99'])
測(cè)試如下
1
2
3
$ gcc test.c -o a.out
$ ./test_subprocess.py
9801
C語(yǔ)言中運(yùn)行python程序
C語(yǔ)言使用popen/system或者直接以系統(tǒng)調(diào)用級(jí)fork+exec來(lái)運(yùn)行python程序也是一種混編的手段了。
舉例如下，Python代碼如下
#!/usr/bin/env python
# test.py
import sys
x = int(sys.argv[1])
print x*x
C語(yǔ)言代碼如下
/* test.c */
#include
#include
int main()
{ FILE *f; char s[1024]; int ret; f = popen("./test.py 99", "r"); while((ret=fread(s,1,1024,f))>0) { fwrite(s,1,ret,stdout); } fclose(f); return 0;
}
測(cè)試如下
1
2
3
$ gcc test.c
$ ./a.out
9801
python對(duì)C語(yǔ)言擴(kuò)展的支持
很多編程語(yǔ)言都為C語(yǔ)言擴(kuò)展添加了支持，這有兩種原因：
(1)語(yǔ)言設(shè)計(jì)之初，可以充分的利用C語(yǔ)言已有的庫(kù)來(lái)做很多擴(kuò)展；
(2)C語(yǔ)言的運(yùn)行效率高。
python也不例外，從誕生那天起，很多庫(kù)都是C語(yǔ)言寫的。python的C語(yǔ)言擴(kuò)展中涉及到python的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與C語(yǔ)言的對(duì)應(yīng)，擴(kuò)展方法其實(shí)是用C語(yǔ)言編寫一個(gè)共享庫(kù)，只是這個(gè)共享庫(kù)中的接口是一個(gè)規(guī)范的，可以被python識(shí)別的。
為了說明如何擴(kuò)展，我這里先假設(shè)一個(gè)在python下的函數(shù)功能，代碼如下
def func(*a): res=1 for i in range(len(a)): res *= sum(a[i]) return res
如上，希望的函數(shù)功能是，參數(shù)是任意多個(gè)數(shù)字組成的列表(姑且排除其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))，返回每個(gè)列表的元素之和的乘積。
姑且先把python代碼寫了，如下所示
#!/usr/bin/env python
# test.py
import colin
def func(*a): res=1 for i in range(len(a)): res *= sum(a[i]) return res
a = [1,2,3]
b = [4,5,6]
c = [7,8]
d = [9]
e = [10,11,12,13,14]
f = colin.func2(99)
g = colin.func3(a,b,c,d,e)
h = func3(a,b,c,d,e)
print "f = ",f
print "g = ",g
print "h = ",h
帶上之前一直測(cè)試的平方func，這個(gè)實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，希望python寫出來(lái)的func可以和C語(yǔ)言擴(kuò)展出來(lái)的結(jié)果一致。
先用C語(yǔ)言寫上這些函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，其中func3用上了一個(gè)表示任意多個(gè)任意長(zhǎng)的數(shù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)y_t,而x_t用來(lái)表示單個(gè)數(shù)組。
/* colin.h */
#ifndef Colin_h
#define Colin_h
typedef struct { int *a; int len;
} x_t;
typedef struct { x_t *ax; int len;
} y_t;
int func2(int a);
int func3(y_t *p);
void free_y_t(y_t *p);
#endif
/* colin.c */
#include "colin.h"
#include
int func2(int a)
{ return a*a;
}
int func3(y_t *p)
{ int result; int sum; int i, j; result = 1; for(i=0;ilen;i++) { sum = 0; for(j=0;jax[i].len;j++) sum += p->ax[i].a[j]; result *= sum; } return result;
}
void free_y_t(y_t *p)
{ int i; for(i=0;ilen;i++) { free(p->ax[i].a); } free(p->ax);
}
上面定義了三個(gè)函數(shù)，func2代表平方，func3代表之前所說的功能，又因y_t這個(gè)結(jié)構(gòu)可能都是動(dòng)態(tài)分配出來(lái)的，所以給個(gè)歸還內(nèi)存的方法。
剛才說過python擴(kuò)展的話，需要把這個(gè)共享庫(kù)的接口“標(biāo)準(zhǔn)化”一下。于是我們就包裝一下，并給個(gè)python加載的入口。
/* wrap.c */
#include
#include
#include "colin.h"
PyObject* wrap_func2(PyObject* self, PyObject* args)
{
int n, result;
/* 從參數(shù)列表中導(dǎo)出一個(gè)整形，用"i" */
if (!PyArg_ParseTuple(args, "i", &n))
return NULL;
/* 用C語(yǔ)言的庫(kù)實(shí)現(xiàn)來(lái)計(jì)算 */
result = func2(n);
/* 計(jì)算結(jié)果必須要導(dǎo)成python識(shí)別的類型 */
return Py_BuildValue("i", result);
}
PyObject* wrap_func3(PyObject* self, PyObject* args)
{
int n, result;
int i, j;
int size, size2;
PyObject *p,*q;
y_t *y;
y = malloc(sizeof(y_t));
/* 先數(shù)數(shù)有多少個(gè)參數(shù)，也就是列表的個(gè)數(shù) */
size = PyTuple_Size(args);
/* 把數(shù)組的個(gè)數(shù)先分配了 */
y->len = size;
y->ax = malloc(sizeof(x_t)*size);
/* 遍歷python里各個(gè)列表(參數(shù)) */
for(i=0;i
/* 先獲得第i個(gè)參數(shù)，是一個(gè)列表 */
p = PyTuple_GetItem(args, i);
/* 獲得列表的長(zhǎng)度 */
size2 = PyList_Size(p);
/* 為數(shù)組分配好空間 */
y->ax[i].len = size2;
y->ax[i].a = malloc(sizeof(int)*size2);
/* 遍歷列表，依次把列表里的數(shù)轉(zhuǎn)到數(shù)組里 */
for(j=0;j
q = PyList_GetItem(p, j);
PyArg_Parse(q,"i",&y->ax[i].a[j]);
}
}
/* 用C語(yǔ)言的庫(kù)實(shí)現(xiàn)來(lái)計(jì)算 */
result = func3(y);
free_y_t(y);
free(y);
/* 結(jié)果轉(zhuǎn)成python識(shí)別格式 */
return Py_BuildValue("i", result);
}
/* 這是接口列表，加載時(shí)是只加載此列表的地址，所以這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不能放棧(局部變量)內(nèi)，會(huì)被清掉 */
static PyMethodDef colinMethods[] =
{
{"func2", wrap_func2, METH_VARARGS, "Just a test"},
{"func3", wrap_func3, METH_VARARGS, "Just a test"},
{NULL, NULL, METH_NOARGS, NULL}
};
/* python加載的時(shí)候的接口 */
/* 注意，既然庫(kù)名叫colin,此函數(shù)必須交initcolin */
void initcolin()
{
PyObject *m;
m = Py_InitModule("colin", colinMethods);
}
過程中，我猜測(cè)PyArg_VaParse應(yīng)該功能更為強(qiáng)大，可是反復(fù)測(cè)沒有成功，也沒細(xì)看文檔。
測(cè)試一下
1
2
3
4
5
$ gcc -I /usr/include/python2.7/ -fPIC -shared colin.c wrap.c -o colin.so
$ ./test.py
f =? 9801
g =? 729000
h =? 729000
可以看到，C語(yǔ)言寫的函數(shù)和python寫的函數(shù)結(jié)果一致。
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作者：窗戶 ?? 致敬。
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的python与c语言混合编程_python和C语言混编的几种方式的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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