C/C++与python互相调用

https://www.zhihu.com/question/23003213 知乎详细总结

http://blog.csdn.net/taiyang1987912/article/details/44779719 实例

http://blog.csdn.net/magictong/article/details/8947892 实例

毕业设计需要用到C++与python混合编程，这里简单的归纳并实践了一下基本方法。

C/C++调用python

python作为一种胶水语言可以很灵活的嵌入到C++和java等主语言里面进行互操作实现扩展功能。

方法1：使用python提供的C接口（基础）

使用python提供给C/C++的API，将python程序编程文本形式的动态链接库，可以热更新，非常方便。

API介绍

以下是一些API的介绍：

void Py_Initialize(void)

初始化Python解释器，如果初始化失败，继续下面的调用会出现各种错误，可惜的是此函数没有返回值来判断是否初始化成功，如果失败会导致致命错误。

int Py_IsInitialized(void)

检查是否已经进行了初始化，如果返回0，表示没有进行过初始化。

void Py_Finalize()

反初始化Python解释器，包括子解释器，调用此函数同时会释放Python解释器所占用的资源。

int PyRun_SimpleString(const char *command)

实际上是一个宏，执行一段Python代码。

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。类似Python内建函数import。

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。

PyObject* PyRun_String(const char* str, int start,PyObject* globals, PyObject* locals)

执行一段Python代码。

int PyArg_Parse(PyObject* args, char* format, …)

把Python数据类型解析为C的类型，这样C程序中才可以使用Python里面的数据。

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。

PyObject* Py_BuildValue(char* format, …)

和PyArg_Parse刚好相反，构建一个参数列表，把C类型转换为Python对象，使得Python里面可以使用C类型数据。

PyObject* PyEval_CallObject(PyObject* pfunc, PyObject*pargs)

此函数有两个参数，而且都是Python对象指针，其中pfunc是要调用的Python 函数，一般说来可以使用PyObject_GetAttrString()获得，pargs是函数的参数列表，通常是使用Py_BuildValue()来构建。

C++向Python传递参数

C++向Python传参数是以元组（tuple）的方式传过去的，因此我们实际上就是构造一个合适的Python元组就可以了，要用到PyTuple_New，Py_BuildValue，PyTuple_SetItem等几个函数，其中Py_BuildValue可以有其它一些的替换函数。

PyObject* pyParams = PyTuple_New(2);

PyObject* pyParams1= Py_BuildValue("i",5);

PyObject* pyParams2= Py_BuildValue("i",6);

PyTuple_SetItem(pyParams,0, pyParams1);

PyTuple_SetItem(pyParams,1, pyParams2);

pRet = PyEval_CallObject(pFunc, pyParams);

也可以直接使用PyObject* Py_BuildValue(char *format, …) 函数来直接来构造tuple，此函数的使用也很简单，记住一些转换的格式常量即可轻松进行转换（格式常量有点类似printf）。譬如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对象等等。

Py_BuildValue("")                       None

Py_BuildValue("i",123)                 123

Py_BuildValue("iii",123, 456, 789)     (123, 456, 789)

Py_BuildValue("s","hello")             'hello'

Py_BuildValue("ss","hello", "world")    ('hello', 'world')

Py_BuildValue("s#","hello", 4)         'hell'

Py_BuildValue("()")                     ()

Py_BuildValue("(i)",123)               (123,)

Py_BuildValue("(ii)",123, 456)         (123, 456)

Py_BuildValue("(i,i)",123, 456)        (123, 456)

Py_BuildValue("[i,i]",123, 456)        [123, 456]

Py_BuildValue("{s:i,s:i}",

"abc", 123, "def", 456)    {'abc': 123, 'def': 456}

Py_BuildValue("((ii)(ii))(ii)",

1, 2, 3, 4, 5, 6)         (((1, 2), (3, 4)), (5, 6))

C++获得Python的返回值

Python传回给C++的都是PyObject对象，因此可以调用Python里面的一些类型转换API来把返回值转换成C++里面的类型。类似PyInt_AsLong，PyFloat_AsDouble这些系列的函数。Python比较喜欢传回一个元组，可以使用PyArg_ParseTuple这个函数来解析。这个函数也要用到上面的格式常量）。还有一个比较通用的转换函数是PyArg_Parse，也需要用到格式常量。

源代码测试

建一个python文件

python_called.py

def add_func(x,y):
return x+y

在同目录下建C文件或者C++文件

main.cpp

#include <iostream>
#include "Python.h" //这里要包含头文件

//C/C++中调用python函数的函数，这里采用单返回值
int function_from_python(int a,int b)
{
//初始化
Py_Initialize();

//定义参数
int res;
PyObject *pModule=NULL;
PyObject *pFunc=NULL;
PyObject *pArgs=NULL;
PyObject *pResult=NULL;

//导入被调用的py文件名
if(!(pModule=PyImport_Import(PyString_FromString("python_called"))))
{
std::cout<<"get module failed!"<<std::endl;
exit(0);
}

//获得要调用的函数名
if(!(pFunc=PyObject_GetAttrString(pModule, "add_func")))
{
std::cout<<"get func failed!"<<std::endl;
exit(0);
}

//传入参数
pArgs=Py_BuildValue("ii",a,b);

//执行函数
pResult=PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);

//返回值为C++
res = PyInt_AsLong(pResult);

//释放
if(pArgs)
Py_DECREF(pArgs);
if(pFunc)
Py_DECREF(pFunc);

Py_Finalize();

return res;
}

int main()
{
std::cout<<"C/C++ call python function:"<<std::endl;
std::cout<<function_from_python(3,5)<<std::endl;
return 0;
}

在Windows平台下，打开Visual Studio命令提示符，编译命令为

cl main.cpp -I C:\Python27\include C:\Python27\libs\python27.lib

在Linux下编译命令为

g++ main.cpp -o main -I/usr/include/python2.7/ -lpython2.7

在Mac OS X 下的编译命令同上

编译完后运行可执行文件

C/C++ call python function:
8

注意：

被调用的python文件必须与C++编译出来的可执行文件放在一个目录。

可以建vs2013工程或者Qt工程或则makefile工程文件，在里面配置include和lib目录，更方便。

方法2：调用python文件并执行（基础）

还可以使用C/C++直接执行python文件程序，在控制台中运行。

源代码测试

建一个python文件

python_called.py

def add_func(x,y):
return x+y

a=13
b=10
print "the result by python func:"
print add_func(a,b)

建C/C++文件

main.cpp

#include <iostream>
#include "Python.h" //这里要包含头文件

//C/C++中执行python文件
void exec_python_file()
{
//初始化
Py_Initialize();

//choose1，执行单纯的内嵌字符串python代码，建议使用
if(!PyRun_SimpleString("execfile('python_called.py')"))
std::cout<<"execute python file program failed"<<std::endl;

//choose2，执行python文件,不建议使用
//    char fileStr[]="python_called.py";
//    FILE *fp;
//    if(!(fp=fopen(fileStr,"r")))
//        std::cout<<"open python file failed!"<<std::endl;

//    if(!PyRun_SimpleFile(fp,fileStr))
//        std::cout<<"execute python file failed!"<<std::endl;

//    fclose(fp);

//释放资源
Py_Finalize();
}

int main()
{
std::cout<<"C/C++ call python function:"<<std::endl;
exec_python_file();
return 0;
}

同样采用命令行或者IDE配置依赖项后编译执行。

运行结果

C/C++ call python function:
the result by python func:
23

注意：

同样的py文件必须和C/C++可执行文件在同一个目录。

PyRun_SimpleString方式其实是读一段字符串程序，可以用FILE或者fstream读进来文本文件然后传入也行，这样就可以用相对目录了。

不建议用PyRun_SimpleFile的方式，因为这个API要求传入一个FILE指针，而微软的几个CRT版本FILE指针的定义有了变化，因此传入你使用VS2005编译的FILE指针或者其它版本的FILE极有可能崩溃，如果你想安全调用，最好是自己把Python的源代码使用和应用程序相同的环境一起编译出lib来使用。

方法3：使用Cpython（高级）

这是python的一个第三方组件，把Python代码直接变成C代码，此处略。

python调用C/C++

方法1：调用C/C++动态链接库（基础）

将C/C++的程序不经任何加工直接编译成动态链接库so或者dll，再使用python的ctypes调用即可

源代码测试

此处仅以linux下的so为例，因为windows下VS2013生成dll还有个导出库很麻烦。

cpp_dll.cpp

#include <iostream>
extern "C"
void add_func(int a,int b)
{
std::cout<<"the result: "<<a+b<<std::endl;
}

在linux或者mac下用命令行编译成so

g++ -o cpp_dll.so -shared -fPIC cpp_dll.cpp

也可以在makefile里面配置

在windows下用vs2013的命令行编译从dll

cl /LD cpp_dll.cpp -I C:\Python27\include C:\Python27\libs\python27.lib

在windows下也可以用IDE生成dll

main.py

import ctypes
dll=ctypes.cdll.LoadLibrary
lib=dll("./cpp_dll.so") #in windows use dll
print "python call cpp dll:"
lib.add_func(2,3)

运行main.py即可

注意：

C++代码需要加extern “C”来按照C语言编译链接

装在动态库的路径可以用相对路径

方法2：调用C/C++编写的python扩展模块（基础）

这种方法比较好，用C/C++编写python的扩展模块，在python程序里面import进去就可以调用接口

源代码测试

cpp_called.cpp

#include "Python.h"

extern "C"
int add_func(int a,int b)
{
return a+b;
}

extern "C"
static PyObject *_add_func(PyObject *self, PyObject *args)
{
int _a,_b;
int res;

if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &_a, &_b))
return NULL;
res = add_func(_a, _b);
return PyLong_FromLong(res);
}

extern "C"
static PyMethodDef CppModuleMethods[] =
{
{
"add_func",
_add_func,
METH_VARARGS,
""
},
{NULL, NULL, 0, NULL}
};

extern "C"
PyMODINIT_FUNC initcpp_module(void)
{
(void) Py_InitModule("cpp_module", CppModuleMethods);
}

函数介绍：

包裹函数_add_func。它负责将Python的参数转化为C的参数（PyArg_ParseTuple），调用实际的add_function，并处理add_function的返回值，最终返回给Python环境。

参数解析PyArg_ParseTuple，将python的变量解析成C/C++变量，按照ii,si,ss等格式

导出表CppModuleMethods。它负责告诉Python这个模块里有哪些函数可以被Python调用。导出表的名字可以随便起，每一项有4个参数：第一个参数是提供给Python环境的函数名称，这个名称可以任取，第二个参数是_add_function，即包裹函数。第三个参数的含义是参数变长，第四个参数是一个说明性的字符串。导出表总是以{NULL,NULL, 0,NULL}结束。

导出函数initcpp_module。这个的名字不是任取的，是你的module名称添加前缀init。导出函数中将模块名称与导出表进行连接。

在windows下，用vs2013命令行编译成pyd文件，这个文件就可以被python识别成扩展模块

cl /LD cpp_called.cpp /o cpp_module.pyd -I C:\Python27\include C:\Python27\libs\python27.lib

也可以在IDE里面配置编译选项生成。

在linux或者mac系统下命令编译

g++ -fPIC -shared cpp_called.cpp -o cpp_module.so -I /usr/include/python2.7/ -lpython2.7

main.py

from cpp_module import add_func
print "python call C/C++ function:"
print add_func(7,12)

运行main.py文件

python call C/C++ function:
19

注意：

按照C语言编译链接

编译的模块放在python文件能识别的目录，最好放在同一个目录

方法3：调用二进制可执行文件（基础）

用python程序调用C/C++编译的可执行文件

cppexec.cpp

#include <iostream>

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

int main()
{
std::cout<<"the C/C++ run result:"<<std::endl;
std::cout<<add_func(2,3)<<std::endl;
return 0;
}

用命令行或者IDE编译成exe等执行文件

main.py

import os

cpptest="cppexec.exe" #in linux without suffix .exe
if os.path.exists(cpptest):
f=os.popen(cpptest)
data=f.readlines() #read the C++ printf or cout content
f.close()
print data

print "python execute cpp program:"
os.system(cpptest)

注意：

可执行文件放在python文件可识别的目录，最好同一目录

方法4：使用 SWIG（高级）

这是一个第三方的针对python的扩展包，需要些配置文件，略。