Python 3.X 中利用 C 扩展调用 C/C++ 代码

利用 Python 扩展：无缝衔接 C/C++ 与 Python

简介

Python 作为一门功能强大的编程语言，提供了丰富的库和模块。但有时，我们需要访问底层 C/C++ 代码来实现更高级的功能或接触系统级资源。Python 扩展提供了这种集成，允许我们无缝地将 C/C++ 代码嵌入 Python 程序中。

编写 C/C++ 函数

首先，我们需要编写要调用的 C/C++ 函数。假设我们想在 Python 代码中使用 C 实现的 mul 函数将两个整数相乘，以及 add 函数将两个整数相加：

// demo_module.c
#include <Python.h>

int mul(int a, int b) {
    return a * b;
}

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

static PyObject *demo_mul_and_add(PyObject *self, PyObject *args) {
    int a, b;
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &a, &b)) {
        return NULL;
    }
    int result = mul(a, b) + add(a, b);
    return Py_BuildValue("i", result);
}

static PyMethodDef DemoMethods[] = {
    {"mul_and_add", (PyCFunction)demo_mul_and_add, METH_VARARGS, "Multiply and add two integers."},
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};

static struct PyModuleDef demomodule = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT,
    "demomodule",
    "Demo module for calling C/C++ functions from Python.",
    -1,
    DemoMethods
};

PyMODINIT_FUNC PyInit_demomodule(void) {
    return PyModule_Create(&demomodule);
}

在这个例子中，demo_mul_and_add 函数充当 Python 代码与 C/C++ 函数之间的桥梁。它解析来自 Python 代码的参数，调用 mul 和 add 函数，然后返回结果。

构建 Python 扩展模块

下一步是创建一个 Python 扩展模块来封装 C/C++ 函数。为此，我们需要以下步骤：

1. 创建一个 setup.py 文件，其中包含构建模块所需的元数据：

# setup.py
from setuptools import setup, Extension

ext_modules = [
    Extension(
        "demomodule",
        sources=["demo_module.c"],
    )
]

setup(
    name="demomodule",
    version="1.0",
    description="Demo module for calling C/C++ functions from Python.",
    ext_modules=ext_modules,
)

2. 运行 python3 setup.py build 命令来构建扩展模块。

在 Python 代码中使用扩展模块

现在，我们可以将扩展模块导入到 Python 代码并开始使用它：

# python_code.py
import demodemodule

result = demodemodule.mul_and_add(3, 4)
print(result)  # 输出：14

结论

通过使用 C 扩展，我们可以将 C/C++ 代码与 Python 代码相结合，从而利用 Python 的灵活性以及底层 C/C++ 的速度和效率。本文提供了在 Python 中调用 C/C++ 代码的分步指南，包括编写 C/C++ 函数、构建 Python 扩展模块以及在 Python 代码中使用扩展模块。

常见问题解答

• 为什么要使用 C 扩展？

  • 访问系统级资源
  • 提高性能密集型任务的速度
  • 与现有的 C/C++ 代码库集成

• 如何构建 C 扩展模块？

  • 创建一个 setup.py 文件
  • 运行 python3 setup.py build 命令

• 如何导入 C 扩展模块？

  • 使用 import 语句，如 import demodemodule

• 可以同时调用多个 C 函数吗？

  • 是的，通过创建一个包含多个函数的 Python 扩展模块

• 如何处理扩展模块中的错误？

  • 使用 try 和 except 块来捕获并处理错误