如何在python中调⽤C语⾔代码
1.使⽤C扩展
CPython还为开发者实现了⼀个有趣的特性，使⽤Python可以轻松调⽤C代码
开发者有三种⽅法可以在⾃⼰的Python代码中来调⽤C编写的函数-ctypes，SWIG，Python/C API。每种⽅式也都有各⾃的利弊。
⾸先，我们要明确为什么要在Python中调⽤C？
常见原因如下： - 你要提升代码的运⾏速度，⽽且你知道C要⽐Python快50倍以上 - C语⾔中有很多传统类库，⽽且有些正是你想要的，但你⼜不想⽤Python去重写它们 - 想对从内存到⽂件接⼝这样的底层资源进⾏访问 - 不需要理由，就是想这样做
2.CTypes
Python中的ctypes模块可能是Python调⽤C⽅法中最简单的⼀种。ctypes模块提供了和C语⾔兼容的数据类型和函数来加载dll⽂件，因此在调⽤时不需对源⽂件做任何的修改。也正是如此奠定了这种⽅法的简单性。
⽰例如下
实现两数求和的C代码，保存为add.c
//sample C file to add 2 numbers - int and floats
#include <stdio.h>
int add_int(int, int);
float add_float(float, float);
int add_int(int num1, int num2){
return num1 + num2;
}
float add_float(float num1, float num2){
return num1 + num2;
}
接下来将C⽂件编译为.so⽂件(windows下为DLL)。下⾯操作会⽣成adder.so⽂件
#For Linux
$ gcc -shared -Wl,-soname,adder -o adder.so -fPIC add.c
#For Mac
$ gcc -shared -Wl,-install_name,adder.so -o adder.so -fPIC add.c
现在在你的Python代码中来调⽤它
from ctypes import *
#load the shared object file
adder = CDLL('./adder.so')
#Find sum of integers
res_int = adder.add_int(4,5)
print"Sum of 4 and 5 = " + str(res_int)
#Find sum of floats
a = c_float(5.5)
b = c_float(4.1)
add_float = adder.add_float
stype = c_float
print"Sum of 5.5 and 4.1 = ", str(add_float(a, b))
输出如下
Sum of 4 and 5 = 9
Sum of 5.5 and 4.1 = 9.60000038147编程先学c语言还是python
在这个例⼦中，C⽂件是⾃解释的，它包含两个函数，分别实现了整形求和和浮点型求和。
在Python⽂件中，⼀开始先导⼊ctypes模块，然后使⽤CDLL函数来加载我们创建的库⽂件。这样我们就可以通过变量adder来使⽤C类库中的函数了。当adder.add_int()被调⽤时，内部将发起⼀个对C函数add_int的调⽤。ctypes接⼝允许我们在调⽤C函数时使⽤原⽣Python中默认的字符串型和整型。
⽽对于其他类似布尔型和浮点型这样的类型，必须要使⽤正确的ctype类型才可以。如向adder.add_float()函数传参时, 我们要先将Python中的⼗进制值转化为c_float类型，然后才能传送给C函数。这种⽅法虽然简单，清晰，但是却很受限。例如，并不能在C中对对象进⾏操作。
3.SWIG
SWIG是Simplified Wrapper and Interface Generator的缩写。是Python中调⽤C代码的另⼀种⽅法。在这个⽅法中，开发⼈员必须编写⼀个额外的接⼝⽂件来作为SWIG(终端⼯具)的⼊⼝。
Python开发者⼀般不会采⽤这种⽅法，因为⼤多数情况它会带来不必要的复杂。⽽当你有⼀个C/C++代码库需要被多种语⾔调⽤时，这将是个⾮常不错的选择。
⽰例如下(来⾃SWIG官⽹)
example.c⽂件中的C代码包含了不同的变量和函数
#include <time.h>
double My_variable = 3.0;
int fact(int n) {
if (n <= 1) return1;
else return n*fact(n-1);
}
int my_mod(int x, int y) {
return (x%y);
}
char *get_time()
{
time_t ltime;
time(<ime);
return ctime(<ime);
}
example.i⽂件内容：
%module example
%{
/* Put headers and other declarations here */
extern double My_variable;
extern int    fact(int);
extern int    my_mod(int n, int m);
%}
extern double My_variable;
extern int    fact(int);
extern int    my_mod(int n, int m);
编译它
unix % swig -python example.i
unix % gcc -c -fpic example.c example_wrap.c -I /usr/include/python2.7
unix % ld -shared example.o example_wrap.o -o _example.so
最后，Python的输出
>>> import example
>>> example.fact(5)
120
>>> _mod(7,3)
1
>>> _time()
'Sun Feb 11 23:01:07 1996'
>>>
我们可以看到，使⽤SWIG确实达到了同样的效果，虽然下了更多的⼯夫，但如果你的⽬标是多语⾔还是很值得的。
4.Python/C API
Python/C API可能是被最⼴泛使⽤的⽅法。它不仅简单，⽽且可以在C代码中操作你的Python对象。
这种⽅法需要以特定的⽅式来编写C代码以供Python去调⽤它。所有的Python对象都被表⽰为⼀种叫做PyObject的结构体，并且Python.h头⽂件中提供了各种操作它的函数。例如，如果PyObject表⽰为
PyListType(列表类型)时，那么我们便可以使⽤PyList_Size()函数来获取该结构的长度，类似Python中的len(list)函数。⼤部分对Python原⽣对象的基础函数和操作在Python.h头⽂件中都能到。
⽰例
编写⼀个C扩展，添加所有元素到⼀个Python列表(所有元素都是数字)
来看⼀下我们要实现的效果，这⾥演⽰了⽤Python调⽤C扩展的代码
#Though it looks like an ordinary python import, the addList module is implemented in C
import addList
l = [1,2,3,4,5]
print "Sum of List - " + str(l) + " = " + str(addList.add(l))
上⾯的代码和普通的Python⽂件并没有什么分别，导⼊并使⽤了另⼀个叫做addList的Python模块。唯⼀差别就是这个模块并不是⽤Python 编写的，⽽是C。
接下来我们看看如何⽤C编写addList模块，这可能看起来有点让⼈难以接受，但是⼀旦你了解了这之
中的各种组成，你就可以⼀往⽆前了。
//Python.h has all the required function definitions to manipulate the Python objects
#include <Python.h>
//This is the function that is called from your python code
static PyObject* addList_add(PyObject* self, PyObject* args){
PyObject * listObj;
//The input arguments come as a tuple, we parse the args to get the various variables
//In this case it's only one list variable, which will now be referenced by listObj
if (! PyArg_ParseTuple( args, "O", &listObj ))
return NULL;
//length of the list
long length = PyList_Size(listObj);
//iterate over all the elements
int i, sum =0;
for (i = 0; i < length; i++) {
//get an element out of the list - the element is also a python objects
PyObject* temp = PyList_GetItem(listObj, i);
//we know that object represents an integer - so convert it into C long
long elem = PyInt_AsLong(temp);
sum += elem;
}
//value returned back to python code - another python object
/
/build value here converts the C long to a python integer
return Py_BuildValue("i", sum);
}
//This is the docstring that corresponds to our 'add' function.
static char addList_docs[] =
"add( ): add all elements of the list\n";
/* This table contains the relavent info mapping -
<function-name in python module>, <actual-function>,
<type-of-args the function expects>, <docstring associated with the function>
*/
static PyMethodDef addList_funcs[] = {
{"add", (PyCFunction)addList_add, METH_VARARGS, addList_docs},
{NULL, NULL, 0, NULL}
};
/*
addList is the module name, and this is the initialization block of the module.
<desired module name>, <the-info-table>, <module's-docstring>
*/
PyMODINIT_FUNC initaddList(void){
Py_InitModule3("addList", addList_funcs,
"Add all ze lists");
}
逐步解释 - Python.h头⽂件中包含了所有需要的类型(Python对象类型的表⽰)和函数定义(对Python对象的操作) - 接下来我们编写将要在Python调⽤的函数, 函数传统的命名⽅式由{模块名}_{函数名}组成，所以我们将其命名为addList_add
- 然后填写想在模块内实现函数的相关信息表，每⾏⼀个函数，以空⾏作为结束 - 最后的模块初始化块签名为PyMODINIT_FUNC init{模块名}。
函数addList_add接受的参数类型为PyObject类型结构(同时也表⽰为元组类型，因为Python中万物皆为对象，所以我们先⽤PyObject来定义)。传⼊的参数则通过PyArg_ParseTuple()来解析。第⼀个参数是被解析的参数变量。第⼆个参数是⼀个字符串，告诉我们如何去解析元组中每⼀个元素。字符串的第n个字母正是代表着元组中第n个参数的类型。例如，"i"代表整形，"s"代表字符串类型, "O"则代表⼀个Python 对象。接下来的参数都是你想要通过PyArg_ParseTuple()函数解析并保存的元素。这样参数的数量和模块中函数期待得到的参数数量就可以保持⼀致，并保证了位置的完整性。例如，我们想传⼊⼀个字符串，⼀个整数和⼀个Python列表，可以这样去写
int n;
char *s;
PyObject* list;
PyArg_ParseTuple(args, "siO", &n, &s, &list);
在这种情况下，我们只需要提取⼀个列表对象，并将它存储在listObj变量中。然后⽤列表对象中的PyList_Size()函数来获取它的长度。就像Python中调⽤len(list)。
现在我们通过循环列表，使⽤PyList_GetItem(list, index)函数来获取每个元素。这将返回⼀个PyObject*对象。既然Python对象也能表⽰PyIntType，我们只要使⽤PyInt_AsLong(PyObj *)函数便可获得我们所需要的值。我们对每个元素都这样处理，最后再得到它们的总和。
总和将被转化为⼀个Python对象并通过Py_BuildValue()返回给Python代码，这⾥的i表⽰我们要返回⼀个Python整形对象。
现在我们已经编写完C模块了。将下列代码保存为setup.py
#build the modules
import setup, Extension
setup(name='addList', version='1.0', \
ext_modules=[Extension('addList', ['adder.c'])])
并且运⾏
python setup.py install
现在应该已经将我们的C⽂件编译安装到我们的Python模块中了。
在⼀番⾟苦后，让我们来验证下我们的模块是否有效
#module that talks to the C code
import addList
l = [1,2,3,4,5]
print "Sum of List - " + str(l) + " = " + str(addList.add(l))
输出结果如下
Sum of List - [1, 2, 3, 4, 5] = 15
如你所见，我们已经使⽤Python.h API成功开发出了我们第⼀个Python C扩展。这种⽅法看似复杂，但你⼀旦习惯，它将变的⾮常有效。
Python调⽤C代码的另⼀种⽅式便是使⽤Cython让Python编译的更快。但是Cython和传统的Python⽐起来可以将它理解为另⼀种语⾔，所以我们就不在这⾥过多描述了。

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