C++ 扩展和嵌入 Python(1)

首善京京

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2016-02-19 18:05

只要你有一台电脑或者手机,都能关注图老师为大家精心推荐的C++ 扩展和嵌入 Python(1),手机电脑控们准备好了吗?一起看过来吧!
Python简介
  
  
Python是一种简单易学,功能强大的解释型编程语言,它有简洁明了的语法,高效率的高层数据结构,能够简单而有效地实现面向对象编程,非凡适用于快速应用程序开发,也可以用来开发大规模的重要的商业应用。Python是一个理想的脚本语言。Python免费开源,可移植到多种操作系统,只要避免使用依靠于特定操作系统的特性,Python程序无需修改就可以在各种平台上面运行。Python拥有现代编程语言所具有的一切强大功能,Python标准库十分庞大,可以帮助开发者处理各种工作,如:图形用户界面、文件处理、多媒体、正则表达式、文档生成、单元测试、线程、数据库、网络通讯、网页浏览器、CGI、FTP、电子邮件、XML、Html、WAV文件、密码系统、Tk和其他与系统有关的操作。只要安装了Python,这些功能都是可用的除了标准库以外,还有许多其他高质量的库,如wXPython、Twisted和Python图形库等等数不胜数。Python轻易扩展和嵌入。Python提供的许多标准模块支持C或者C++接口。Python和C可以一起工作,它可以嵌入到C或者C++的应用程序当中,因此可用Python语言为应用程序提供脚本接口,由于支持跨语言开发,可用Python设计概念化应用程序,并逐步移植到C,使用前不必用C重写应用程序。(Jython使Python可以和Java一起工作,使开发者可以在Python里面调Java的包,也可以在Java里面使用Python的对象。还有更妙的,由于Jython的解释器完全用Java编写,因此可以在支持Java的任何平台上部署Python程序,甚至WEB浏览器也可以直接运行Python脚本。)
  
  提出问题
  
  在某个C++应用程序中,我们用一组插件来实现一些具有统一接口的功能,我们使用Python来代替动态链接库形式的插件,这样可以方便地根据需求的变化改写脚本代码,而不是必须重新编译链接二进制的动态链接库。Python强大的功能足以胜任,但是有一些操作系统特定的功能需要用C++来实现,再由Python调用。所以,最基础地,我们需要做到:1. 把Python嵌入到C++应用程序中,在C++程序中调用Python函数和获得变量的值; 2. 用C++为Python编写扩展模块(动态链接库),在Python程序中调用C++开发的扩展功能函数。 常用的Python/C API介绍
  
  下面是例子中用到的几个Python/C API的简要介绍及示例代码。注重,这并不是这些函数的具体介绍,而仅仅是我们所用到的功能简介,更具体内容请参考文档[1]、[2]、[3]、[4]。
  
  打开Microsoft Visual Studio .NET 2003,新建一个控制台程序,#include Python.h,并在main函数里加入示例代码。
  
  //先定义一些变量 char *cstr;PyObject *pstr, *pmod, *pdict;PyObject *pfunc, *pargs;1. void Py_Initialize( )
  
  初始化Python解释器,在C++程序中使用其它Python/C API之前,必须调用此函数,假如调用失败,将产生一个致命的错误。例:Py_Initialize();2. int PyRun_SimpleString( const char *command)
  
  执行一段Python代码,就好象是在__main__ 函数里面执行一样。例:PyRun_SimpleString("from time import time,ctime""print ''Today is'',ctime(time())");3. PyObject* PyImport_ImportModule( char *name)
  
  
   导入一个Python模块,参数name可以是*.py文件的文件名。相当于Python内建函数__import__()。例:pmod = PyImport_ImportModule("mymod"); //mymod.py4. PyObject* PyModule_GetDict( PyObject *module)
  
  相当于Python模块对象的__dict__ 属性,得到模块名称空间下的字典对象。例:pdict = PyModule_GetDict(pmod);5. PyObject* PyRun_String( const char *str, int start, PyObject *globals, PyObject *locals)
  
  执行一段Python代码。pstr = PyRun_String("message", Py_eval_input, pdict, pdict);6. int PyArg_Parse( PyObject *args, char *format, ...)
  
  解构Python数据为C的类型,这样C程序中才可以使用Python里的数据。例:/* convert to C and print it*/PyArg_Parse(pstr, "s", &cstr);printf("%s", cstr);7. PyObject* PyObject_GetAttrString( PyObject *o, char *attr_name)
  
  返回模块对象o中的attr_name 属性或函数,相当于Python中表达式语句:o.attr_name。例:/* to call mymod.transform(mymod.message) */pfunc = PyObject_GetAttrString(pmod, "transform");8. PyObject* Py_BuildValue( char *format, ...)
  
  构建一个参数列表,把C类型转换为Python对象,使Python可以使用C类型数据,例:cstr="this is hjs''s test, to uppercase";pargs = Py_BuildValue("(s)", cstr);9. PyEval_CallObject(PyObject* pfunc, PyObject* pargs)
  
  此函数有两个参数,都指向Python对象指针,pfunc是要调用的Python 函数,通常可用PyObject_GetAttrString()获得;pargs是函数的参数列表,通常可用Py_BuildValue()构建。例:pstr = PyEval_CallObject(pfunc, pargs);PyArg_Parse(pstr, "s", &cstr);printf("%s", cstr);10. void Py_Finalize( )
  
  关闭Python解释器,释放解释器所占用的资源。例:Py_Finalize();Python2.4环境没有提供调试版本的Python24d.lib,所以上述示例在release模式下编译。编译完成后,把可行文件和附2给出的mymod.py文件放在一起,再点击即可运行。为了简化编程,附3 给出了simplepy.h。这样,调用mymod.transform变成如下形式://#include”simplepy.h”CSimplepy py;py.ImportModule("mymod");std::string str=py.CallObject("transform", "this is hjs''s test, to uppercase");printf("%s", str.c_str());接下来,我们来用C++为Python编写扩展模块(动态链接库),并在Python程序中调用C++开发的扩展功能函数。生成一个取名为pyUtil的Win32 DLL工程,除了pyUtil.cpp文件以外,从工程中移除所有其它文件,并填入如下的代码: // pyUtil.cpp#ifdef PYUTIL_EXPORTS#define PYUTIL_API __declspec(dllexport)#else#define PYUTIL_API __declspec(dllimport)#endif#includewindows.h#includestring#includePython.hBOOL APIENTRY DllMain( HANDLE hModule, DWord ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved ?){switch (ul_reason_for_call){case DLL_PROCESS_ATTACH:case DLL_THREAD_ATTACH:case DLL_THREAD_DETACH:case DLL_PROCESS_DETACH:break;}return TRUE;}std::string Recognise_Img(const std::string url){//返回结果return "从dll中返回的数据... : " +url;}static PyObject* Recognise(PyObject *self, PyObject *args){const char *url;std::string sts;if (!PyArg_ParseTuple(args, "s", &url))return NULL;sts = Recognise_Img(url);return Py_BuildValue("s", sts.c_str() );}static PyMethodDef AllMyMethods[] = {{"Recognise", Recognise, METH_VARARGS},//暴露给Python的函数{NULL, NULL}/* Sentinel */};extern "C" PYUTIL_API void initpyUtil(){PyObject *m, *d;m = Py_InitModule("pyUtil", AllMyMethods); //初始化本模块,并暴露函数d = PyModule_GetDict(m);}在Python代码中调用这个动态链接库: import pyUtilresult = pyUtil.Recognise("input url of specific data")print "the result is: "+ result用C++为Python写扩展时,假如您愿意使用Boost.Python库的话,开发过程会变得更开心J,要编写一个与上述pyUtil同样功能的动态链接库,只需把文件内容替换为下面的代码。当然,编译需要boost_python.lib支持,运行需要boost_python.dll支持。 #includestring#include boost/python.hppusing namespace boost::python;#pragma comment(lib, "boost_python.lib")std::string strtmp;char const* Recognise(const char* url){strtmp ="从dll中返回的数据... : ";strtmp+=url;return strtmp.c_str();}BOOST_PYTHON_MODULE(pyUtil){def("Recognise", Recognise);}
   所有示例都在Microsoft Windows XP Professional + Microsoft Visual Studio .NET 2003 + Python2.4环境下测试通过,本文所用的Boost库为1.33版本。 Python简介
  
  
Python是一种简单易学,功能强大的解释型编程语言,它有简洁明了的语法,高效率的高层数据结构,能够简单而有效地实现面向对象编程,非凡适用于快速应用程序开发,也可以用来开发大规模的重要的商业应用。Python是一个理想的脚本语言。Python免费开源,可移植到多种操作系统,只要避免使用依靠于特定操作系统的特性,Python程序无需修改就可以在各种平台上面运行。Python拥有现代编程语言所具有的一切强大功能,Python标准库十分庞大,可以帮助开发者处理各种工作,如:图形用户界面、文件处理、多媒体、正则表达式、文档生成、单元测试、线程、数据库、网络通讯、网页浏览器、CGI、FTP、电子邮件、XML、HTML、WAV文件、密码系统、Tk和其他与系统有关的操作。只要安装了Python,这些功能都是可用的除了标准库以外,还有许多其他高质量的库,如wxPython、Twisted和Python图形库等等数不胜数。Python轻易扩展和嵌入。Python提供的许多标准模块支持C或者C++接口。Python和C可以一起工作,它可以嵌入到C或者C++的应用程序当中,因此可用Python语言为应用程序提供脚本接口,由于支持跨语言开发,可用Python设计概念化应用程序,并逐步移植到C,使用前不必用C重写应用程序。(Jython使Python可以和Java一起工作,使开发者可以在Python里面调Java的包,也可以在Java里面使用Python的对象。还有更妙的,由于Jython的解释器完全用Java编写,因此可以在支持Java的任何平台上部署Python程序,甚至WEB浏览器也可以直接运行Python脚本。)
  
  提出问题
  
  在某个C++应用程序中,我们用一组插件来实现一些具有统一接口的功能,我们使用Python来代替动态链接库形式的插件,这样可以方便地根据需求的变化改写脚本代码,而不是必须重新编译链接二进制的动态链接库。Python强大的功能足以胜任,但是有一些操作系统特定的功能需要用C++来实现,再由Python调用。所以,最基础地,我们需要做到:1. 把Python嵌入到C++应用程序中,在C++程序中调用Python函数和获得变量的值; 2. 用C++为Python编写扩展模块(动态链接库),在Python程序中调用C++开发的扩展功能函数。 常用的Python/C API介绍
  
  下面是例子中用到的几个Python/C API的简要介绍及示例代码。注重,这并不是这些函数的具体介绍,而仅仅是我们所用到的功能简介,更具体内容请参考文档[1]、[2]、[3]、[4]。
  
  打开Microsoft Visual Studio .NET 2003,新建一个控制台程序,#include Python.h,并在main函数里加入示例代码。
  
  //先定义一些变量 char *cstr;PyObject *pstr, *pmod, *pdict;PyObject *pfunc, *pargs;1. void Py_Initialize( )
  
  初始化Python解释器,在C++程序中使用其它Python/C API之前,必须调用此函数,假如调用失败,将产生一个致命的错误。例:Py_Initialize();2. int PyRun_SimpleString( const char *command)
  
  执行一段Python代码,就好象是在__main__ 函数里面执行一样。例:PyRun_SimpleString("from time import time,ctime""print ''Today is'',ctime(time())");3. PyObject* PyImport_ImportModule( char *name)
  
  导入一个Python模块,参数name可以是*.py文件的文件名。相当于Python内建函数__import__()。例:pmod = PyImport_ImportModule("mymod"); //mymod.py4. PyObject* PyModule_GetDict( PyObject *module)
  
  相当于Python模块对象的__dict__ 属性,得到模块名称空间下的字典对象。例:pdict = PyModule_GetDict(pmod);5. PyObject* PyRun_String( const char *str, int start, PyObject *globals, PyObject *locals)
  
  执行一段Python代码。pstr = PyRun_String("message", Py_eval_input, pdict, pdict);6. int PyArg_Parse( PyObject *args, char *format, ...)
  
  解构Python数据为C的类型,这样C程序中才可以使用Python里的数据。例:/* convert to C and print it*/PyArg_Parse(pstr, "s", &cstr);printf("%s", cstr);7. PyObject* PyObject_GetAttrString( PyObject *o, char *attr_name)
  
  返回模块对象o中的attr_name 属性或函数,相当于Python中表达式语句:o.attr_name。例:/* to call mymod.transform(mymod.message) */pfunc = PyObject_GetAttrString(pmod, "transform");8. PyObject* Py_BuildValue( char *format, ...)
  
  
   构建一个参数列表,把C类型转换为Python对象,使Python可以使用C类型数据,例:cstr="this is hjs''s test, to uppercase";pargs = Py_BuildValue("(s)", cstr);9. PyEval_CallObject(PyObject* pfunc, PyObject* pargs)
  
  此函数有两个参数,都指向Python对象指针,pfunc是要调用的Python 函数,通常可用PyObject_GetAttrString()获得;pargs是函数的参数列表,通常可用Py_BuildValue()构建。例:pstr = PyEval_CallObject(pfunc, pargs);PyArg_Parse(pstr, "s", &cstr);printf("%s", cstr);10. void Py_Finalize( )
  
  关闭Python解释器,释放解释器所占用的资源。例:Py_Finalize();Python2.4环境没有提供调试版本的Python24d.lib,所以上述示例在release模式下编译。编译完成后,把可行文件和附2给出的mymod.py文件放在一起,再点击即可运行。为了简化编程,附3 给出了simplepy.h。这样,调用mymod.transform变成如下形式://#include”simplepy.h”CSimplepy py;py.ImportModule("mymod");std::string str=py.CallObject("transform", "this is hjs''s test, to uppercase");printf("%s", str.c_str());接下来,我们来用C++为Python编写扩展模块(动态链接库),并在Python程序中调用C++开发的扩展功能函数。生成一个取名为pyUtil的Win32 DLL工程,除了pyUtil.cpp文件以外,从工程中移除所有其它文件,并填入如下的代码: // pyUtil.cpp#ifdef PYUTIL_EXPORTS#define PYUTIL_API __declspec(dllexport)#else#define PYUTIL_API __declspec(dllimport)#endif#includewindows.h#includestring#includePython.hBOOL APIENTRY DllMain( HANDLE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved ?){switch (ul_reason_for_call){case DLL_PROCESS_ATTACH:case DLL_THREAD_ATTACH:case DLL_THREAD_DETACH:case DLL_PROCESS_DETACH:break;}return TRUE;}std::string Recognise_Img(const std::string url){//返回结果return "从dll中返回的数据... : " +url;}static PyObject* Recognise(PyObject *self, PyObject *args){const char *url;std::string sts;if (!PyArg_ParseTuple(args, "s", &url))return NULL;sts = Recognise_Img(url);return Py_BuildValue("s", sts.c_str() );}static PyMethodDef AllMyMethods[] = {{"Recognise", Recognise, METH_VARARGS},//暴露给Python的函数{NULL, NULL}/* Sentinel */};extern "C" PYUTIL_API void initpyUtil(){PyObject *m, *d;m = Py_InitModule("pyUtil", AllMyMethods); //初始化本模块,并暴露函数d = PyModule_GetDict(m);}在Python代码中调用这个动态链接库: import pyUtilresult = pyUtil.Recognise("input url of specific data")print "the result is: "+ result用C++为Python写扩展时,假如您愿意使用Boost.Python库的话,开发过程会变得更开心J,要编写一个与上述pyUtil同样功能的动态链接库,只需把文件内容替换为下面的代码。当然,编译需要boost_python.lib支持,运行需要boost_python.dll支持。 #includestring#include boost/python.hppusing namespace boost::python;#pragma comment(lib, "boost_python.lib")std::string strtmp;char const* Recognise(const char* url){strtmp ="从dll中返回的数据... : ";strtmp+=url;return strtmp.c_str();}BOOST_PYTHON_MODULE(pyUtil){def("Recognise", Recognise);}所有示例都在Microsoft Windows XP Professional + Microsoft Visual Studio .NET 2003 + Python2.4环境下测试通过,本文所用的Boost库为1.33版本。
  
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