C++调用Python基础功能实例详解

背景介绍

C++作为一门强类型的编程语言，具有高效、稳定的特点，但在数据分析、机器学习、人工智能等领域，Python的使用越来越广泛。因此，如何在C++中调用Python的基础功能，成为了一个重要的问题。

准备条件

在开始之前，我们需要做好以下准备工作：

1. 在系统中安装Python解释器；

2. 安装C++与Python的代码交互库pybind11。

下面，我们将逐步介绍如何完成以上两项工作。

安装Python解释器

在Linux系统下，可以通过如下命令安装：

sudo apt-get install python-dev

在Windows系统下，可以在Python官网下载安装文件进行安装。

安装pybind11

pybind11是一个C++与Python代码交互的库，提供了方便、高效的接口，用于在C++中调用Python函数。pybind11的安装可以通过源代码或包管理器进行，下面以Ubuntu系统为例，介绍如何通过包管理器进行安装：

sudo apt install python3-pybind11

如果您使用的不是Ubuntu系统，可以在pybind11文档中查找相应的安装教程。

C++调用Python脚本基础概念

在开始调用Python脚本之前，我们需要了解一些基础概念。在C++中，我们可以使用pybind11提供的Python解释器对象py::object，来调用Python中的函数、变量等。

创建Python解释器对象

使用pybind11创建Python解释器对象时，通常需要导入Python解释器的头文件，并调用py::initialize_interpreter()函数初始化Python解释器对象；在结束时，需要调用py::finalize_interpreter()函数销毁Python解释器对象，具体代码如下：

#include <pybind11/embed.h>

namespace py = pybind11;

py::scoped_interpreter guard{};

int main() {
    py::initialize_interpreter();
    // 在此处编写需要调用Python函数的C++代码
    py::finalize_interpreter();
    return 0;
}

调用Python函数

在创建Python解释器对象后，我们可以通过Python解释器对象，轻松地调用Python中的函数。在调用Python函数时，我们需要创建函数对象，并传递相应的参数，具体代码如下：

// 假设Python中有一个函数add(a, b)
py::module math = py::module::import("math");
py::object result = math.attr("add")(1, 2);

在上面的代码中，首先使用py::module::import()函数导入Python模块，然后再使用obj.attr()函数调用Python中的函数，并传递相应的参数。

示例1：C++调用Python中的简单函数

在本示例中，我们将演示如何在C++中调用Python中的简单函数，具体步骤如下：

1. 在Python中编写一个简单的加法函数：

def calc_sum(a, b):
return a + b

1. 在C++中导入Python模块，并调用Python函数：

```
#include

namespace py = pybind11;

py::scoped_interpreter guard{};

int main() {
py::initialize_interpreter();

   // 1. 导入并调用Python中的函数
   py::module math = py::module::import("math");
   py::object result = math.attr("calc_sum")(1, 2);
   std::cout << "1 + 2 = " << py::cast<int>(result) << std::endl;

   py::finalize_interpreter();
   return 0;

}
```

在运行上述代码后，我们可以在终端中看到如下输出：

1 + 2 = 3

说明我们已经成功地在C++中调用Python脚本中的函数了。

示例2：在C++中调用Python中的NumPy库

在本示例中，我们将演示如何在C++中使用pybind11调用Python中的NumPy库。在调用Python中的NumPy库时，我们需要在C++中导入NumPy模块，并使用C++的数据类型与Python中的NumPy数据类型进行转换，具体步骤如下：

1. 在Python中编写一个简单的NumPy函数：

```
import numpy

def calc_mean(arr):
return numpy.mean(arr)
```

1. 在C++中导入Python模块，并调用Python函数：

```
#include #include

namespace py = pybind11;

py::scoped_interpreter guard{};

int main() {
py::initialize_interpreter();

   // 2. 导入并调用Python中的NumPy库
   py::module np = py::module::import("numpy");
   py::module math = py::module::import("math");
   py::object arr = np.attr("array")(std::vector<double>{1, 2, 3});
   py::object result = math.attr("calc_mean")(arr);
   std::cout << "mean = " << py::cast<double>(result) << std::endl;

   py::finalize_interpreter();
   return 0;

}
```

在运行上述代码后，我们可以在终端中看到如下输出：

mean = 2

此时，我们已经成功地在C++中调用了Python中的NumPy库，并对一个NumPy数组进行了求平均值的操作。

结语

本文通过两个实例，详细介绍了如何在C++中调用Python的基础功能，包括创建Python解释器对象、导入Python模块、调用Python函数等。希望对正在学习C++与Python交互的读者，能够提供参考和帮助。