python 与c++相互调用实现

下面是关于Python和C++相互调用实现的完整攻略。

概述

Python和C++都是广泛使用的编程语言，在某些场景下，调用C++代码可以有效提高Python的执行效率。而Python也可以供C++使用高级编程能力。因此，Python和C++之间的相互调用具有很大的实用价值。接下来，我们将介绍如何在Python和C++之间实现相互调用。

实现方法

Python和C++之间的相互调用可以通过以下三种方法来实现。

1. 使用Cython

Cython是一种编写Python扩展的语言，它可以直接使用C/C++的代码，并且支持Python语法。如果您不熟悉Cython，请参考以下示例。

# 定义调用C++函数的Python函数
def add(x, y):
    from cpython cimport array
    cdef int[2] values = [x, y]
    cdef int* ptr = &values[0]
    cdef array[int, 1] arr = array<int, 1>(2, ptr)
    return c_add(arr)

# 定义C++函数
cdef extern from "my_module.h":
    int c_add(int* arr)

在上面的示例中，我们可以看到如何在Python中使用C/C++代码。Cython会将Python代码转化为C/C++代码，并将其与C/C++代码一起编译。在这种情况下，Python代码被编译为C/C++的扩展模块。您可以在Python脚本中导入这个扩展模块，并使用其中的函数，就像使用Python模块一样。

2. 使用C API

Python提供了C API，使您可以在C语言中调用Python函数。您可以使用C API创建Python对象，从Python对象中检索数据或调用Python函数。下面是一个简单的C++函数，它使用C API调用Python函数并返回Python对象。

PyObject* call_python_func(int arg1, int arg2)
{
    PyObject* pModule = NULL;
    PyObject* pFunc = NULL;
    PyObject* pArgs = NULL;
    PyObject* pValue = NULL;

    Py_Initialize();

    pModule = PyImport_ImportModule("my_module");
    if (pModule == NULL) {
        cout << "Fail to import module" << endl;
        goto fail;
    }

    pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, "my_function");
    if (!pFunc || !PyCallable_Check(pFunc)) {
        cout << "Fail to get function" << endl;
        goto fail;
    }

    pArgs = PyTuple_New(2);
    PyTuple_SetItem(pArgs, 0, PyLong_FromLong(arg1));
    PyTuple_SetItem(pArgs, 1, PyLong_FromLong(arg2));

    pValue = PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
    if (pValue == NULL) {
        cout << "Fail to call function" << endl;
        goto fail;
    }

    Py_DECREF(pModule);
    Py_DECREF(pFunc);
    Py_DECREF(pArgs);

    return pValue;

fail:
    Py_XDECREF(pModule);
    Py_XDECREF(pFunc);
    Py_XDECREF(pArgs);
    Py_XDECREF(pValue);

    return NULL;
}

该函数首先初始化Python解释器，导入my_module，然后调用my_function并传递两个参数。最后，它返回my_function的返回值。请注意，这个函数返回一个PyObject指针，而不是一个具体的Python类型。

如果您想返回一个字符串或数字，您需要使用函数PyUnicode_AsUTF8或PyLong_AsLong从PyObject中提取数据。您可以在Python.h头文件中找到PyUnicode_AsUTF8和PyLong_AsLong的其他类似函数。

3. 使用Boost Python

Boost Python是另一种实现Python和C++之间相互调用的库。它提供了类C++调用Python函数的方式，并提供了C++中方便使用Python对象的API。下面是一个简单的示例，演示如何使用Boost Python调用Python函数。

#include <boost/python.hpp>
#include <iostream>

using namespace boost::python;

int main()
{
    Py_Initialize();

    try {
        object main_module = import("__main__");
        object main_namespace = main_module.attr("__dict__");

        exec("import my_module\n", main_namespace);
        exec("result = my_module.my_function(2, 3)\n", main_namespace);

        object result = main_namespace["result"];

        std::cout << extract<int>(result) << std::endl;
    } catch (error_already_set& e) {
        std::cout << e.what() << std::endl;
    }

    Py_Finalize();

    return 0;
}

在上面的示例中，我们可以看到如何使用Boost Python的API来导入my_module并执行Python脚本。我们还可以看到如何从Python命名空间中获取变量，并将其转换为C++类型。

示例

下面的示例演示了如何在Python和C++中实现相互调用。

示例1：C++程序调用Python函数

首先，我们创建一个包含Python函数的脚本“add.py”：

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

接下来，我们使用C++程序调用该Python函数。

#include <Python.h>
#include <iostream>

PyObject* call_python_func(int arg1, int arg2)
{
    PyObject* pModule = NULL;
    PyObject* pFunc = NULL;
    PyObject* pArgs = NULL;
    PyObject* pValue = NULL;

    Py_Initialize();

    pModule = PyImport_ImportModule("add");
    if (pModule == NULL) {
        std::cout << "Failed to import module" << std::endl;
        goto fail;
    }

    pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, "add");
    if (!pFunc || !PyCallable_Check(pFunc)) {
        std::cout << "Failed to get function" << std::endl;
        goto fail;
    }

    pArgs = PyTuple_New(2);
    PyTuple_SetItem(pArgs, 0, PyLong_FromLong(arg1));
    PyTuple_SetItem(pArgs, 1, PyLong_FromLong(arg2));

    pValue = PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
    if (pValue == NULL) {
        std::cout << "Failed to call function" << std::endl;
        goto fail;
    }

    Py_DECREF(pModule);
    Py_DECREF(pFunc);
    Py_DECREF(pArgs);

    return pValue;

fail:
    Py_XDECREF(pModule);
    Py_XDECREF(pFunc);
    Py_XDECREF(pArgs);
    Py_XDECREF(pValue);

    return NULL;
}

int main()
{
    Py_Initialize();

    PyObject* pValue = call_python_func(2, 3);
    if (pValue == NULL) {
        std::cout << "Failed to get function result" << std::endl;
        return 1;
    }

    long result = PyLong_AsLong(pValue);
    std::cout << "Result is " << result << std::endl;

    Py_DECREF(pValue);
    Py_Finalize();

    return 0;
}

在上面的示例中，我们使用了上面介绍的call_python_func函数来调用Python函数。然后，我们提取了函数的结果，并将其转换为C++类型。

示例2：Python程序调用C++函数

我们使用Cython来调用实现在C++中的函数。

首先，我们在C++中定义以下函数，该函数提供了两个整数的和。

// my_module.h
int add(int a, int b);

// my_module.cpp
#include "my_module.h"
int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}

然后，我们在Cython中调用该函数。

# my_module.pyx
cdef extern from "my_module.h":
    int add(int a, int b)

def add_py(int a, int b):
    return add(a, b)

最后，我们可以在Python中导入该模块并调用其中的函数。

import my_module

result = my_module.add_py(2, 3)

print(result)

总结

以上就是关于Python和C++之间相互调用的完整攻略。我们介绍了三种实现方法，并提供了两个示例，分别演示了Python调用C++函数和C++调用Python函数的方法。

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