详解python如何调用C/C++底层库与互相传值

  

让我详细解释一下如何在Python中调用C/C++底层库并传递值。这个过程通常被称为扩展Python。在本攻略中，我将使用Python C API和SWIG包来演示如何将C/C++库集成到Python应用程序中。

准备工作

在开始之前，我们需要安装以下软件：

  • Python开发环境（Python3推荐）
  • C/C++编译器
  • SWIG软件包

另外，你还需要了解一些基本的C/C++语言知识和Python语言知识。

集成C/C++库到Python应用程序中

Python C API可以让你直接从Python代码中调用C/C++函数。以下是集成C/C++库到Python应用程序中的详细步骤：

步骤 1：创建C/C++库

首先，你需要创建一个C/C++库。在C++文件中，你需要在外部函数前面添加extern "C"声明，这将禁用C++名称修饰。具体代码如下：

extern "C" {
    int add(int x, int y) {
        return x + y;
    } 
}

在这个例子中，我们定义了一个简单的add函数，接收两个整数作为参数并返回它们的和。

步骤 2：创建C扩展

接下来，我们要创建一个C语言扩展。C扩展是一个包含Python可执行代码的包，用于与已编译的C代码交互。以下是一个简单的示例程序：

#include <Python.h>

extern "C" {
    int add(int x, int y);
}

static PyObject *my_add(PyObject *self, PyObject *args) {
    int x, y, result;
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &x, &y)) {
        return NULL;
    }
    result = add(x, y);
    return Py_BuildValue("i", result);
}

static PyMethodDef myMethods[] = {
    {"add", my_add, METH_VARARGS, "Add two integers."},
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};

static struct PyModuleDef myModule = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT,
    "myModule",
    "Example module",
    -1,
    myMethods
};

PyMODINIT_FUNC PyInit_myModule(void) {
    return PyModule_Create(&myModule);
}

在这个例子中，我们定义了一个名为my_add的函数，它将使用add函数做加法并返回结果。我们还定义了一个名为myMethods的方法数组，其中包含函数指针、方法名和标志。最后，我们定义了一个名为myModule的结构体，其中包含了模块的元数据和方法数组。

步骤 3：编译并安装扩展

现在我们已经创建了一个C语言扩展，需要编译它。在终端中，导航到源代码文件夹并运行以下命令：

python3 setup.py build
sudo python3 setup.py install

这将编译C代码并将扩展安装到Python环境中。

步骤 4：测试

现在我们已经有了一个扩展，可以在Python代码中测试它：

import myModule

result = myModule.add(1, 2)
print(result)

在这个例子中，我们从myModule导入add函数并使用它来计算1和2的和。

使用SWIG包

另一种使用C/C++库在Python中编程的方法是使用SWIG工具。SWIG工具使用一种句法格式，使得在多种编程语言之间传递代码和数据变得更加容易。下面是基于SWIG包如何调用C/C++库和互相传值的示例流程：

步骤 1：创建一个C/C++库

首先，我们需要创建一个C/C++库文件。在这个例子中，我们将使用以下代码：

#include <iostream>

using namespace std;

class MyClass {
    public:
        int add(int x, int y) {
            return x + y;
        }
};

这是一个简单的类定义，它包括一个名为add的方法，用于将两个整数相加。现在，我们需要将它编译成h文件和动态库文件。

步骤 2：创建一个SWIG接口文件

接下来，我们需要为C++类创建一个SWIG接口文件。以下是SWIG接口文件模板：

%module myModule

%{
#include "MyClass.h"
%}

%include "MyClass.h"

在这个例子中，我们使用%module指令定义模块的名称，然后使用%{...%}将MyClass.h头文件包含在接口文件中。最后，我们使用%include指令包含类定义文件。

步骤 3：生成Python代码并编译

现在我们已经对C++库和SWIG接口文件进行了设置，需要使用SWIG命令生成Python代码。将以下命令添加到终端中：

swig -c++ -python myModule.i

这将生成两个文件：myModule.py和_myModule.so。现在，我们需要将它们添加到Python代码中进行测试：

import myModule

c = myModule.MyClass()
result = c.add(1, 2)
print(result)

这里我们可以实例化MyClass对象c，然后使用add方法计算两个整数的和初。

步骤 4：运行测试

最后，我们需要运行Python脚本来测试代码是否有效。运行以下命令：

python3 test.py

这应该输出结果3，表示1和2的和。

以上是关于如何在Python中调用C/C++底层库与互相传值的攻略，包含了基于Python C API和SWIG包的两种示例。我们可以选择其中一种方法来与C/C++库进行交互，但需要记住的是，这需要对C/C++和Python语言有一定的了解和基础。

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