C++ 扩展和嵌入 Python
2008-09-13 04:34
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| C++ 扩展和嵌入 Python |
| [align=right][ 2006-11-1 21:34:00 | By: linxh ][/align] |
| Python简介 Python是一种简单易学，功能强大的解释型编程语言，它有简洁明了的语法，高效率的高层数据结构，能够简单而有效地实现面向对象编程，特别适用于快速应用程序开发，也可以用来开发大规模的重要的商业应用。Python是一个理想的脚本语言。 Python免费开源，可移植到多种操作系统，只要避免使用依赖于特定操作系统的特性，Python程序无需修改就可以在各种平台上面运行。 Python拥有现代编程语言所具有的一切强大功能，Python标准库十分庞大，可以帮助开发者处理各种工作，如：图形用户界面、文件处理、多媒体、正则表达式、文档生成、单元测试、线程、数据库、网络通讯、网页浏览器、CGI、FTP、电子邮件、XML、HTML、WAV文件、密码系统、Tk和其他与系统有关的操作。只要安装了Python，这些功能都是可用的除了标准库以外，还有许多其他高质量的库，如wxPython、Twisted和Python图形库等等数不胜数。 Python容易扩展和嵌入。Python提供的许多标准模块支持C或者C++接口。Python和C可以一起工作，它可以嵌入到C或者C++的应用程序当中，因此可用Python语言为应用程序提供脚本接口，由于支持跨语言开发，可用Python设计概念化应用程序，并逐步移植到C，使用前不必用C重写应用程序。(Jython使Python可以和Java一起工作，使开发者可以在Python里面调Java的包，也可以在Java里面使用Python的对象。还有更妙的,由于Jython的解释器完全用Java编写，因此可以在支持Java的任何平台上部署Python程序，甚至WEB浏览器也可以直接运行Python脚本。) 提出问题 在某个C++应用程序中，我们用一组插件来实现一些具有统一接口的功能，我们使用Python来代替动态链接库形式的插件，这样可以方便地根据需求的变化改写脚本代码，而不是必须重新编译链接二进制的动态链接库。Python强大的功能足以胜任，但是有一些操作系统特定的功能需要用C++来实现，再由Python调用。所以，最基础地，我们需要做到： 1. 把Python嵌入到C++应用程序中，在C++程序中调用Python函数和获得变量的值； 2. 用C++为Python编写扩展模块(动态链接库)，在Python程序中调用C++开发的扩展功能函数。 常用的Python/C API介绍 下面是例子中用到的几个Python/C API的简要介绍及示例代码。注意，这并不是这些函数的详细介绍，而仅仅是我们所用到的功能简介，更详细内容请参考文档[1]、[2]、[3]、[4]。 打开Microsoft Visual Studio .NET 2003，新建一个控制台程序，＃i nclude <Python.h>，并在main函数里加入示例代码。 //先定义一些变量 char *cstr; PyObject *pstr, *pmod, *pdict; PyObject *pfunc, *pargs; 1. void Py_Initialize( ) 初始化Python解释器，在C++程序中使用其它Python/C API之前，必须调用此函数，如果调用失败，将产生一个致命的错误。例： Py_Initialize(); 2. int PyRun_SimpleString( const char *command) 执行一段Python代码，就好象是在__main__ 函数里面执行一样。例： PyRun_SimpleString("from time import time,ctime/n" "print ''Today is'',ctime(time())/n"); 3. 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。相当于Python内建函数__import__()。例： pmod = PyImport_ImportModule("mymod"); //mymod.py 4. 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。例： pdict = PyModule_GetDict(pmod); 5. PyObject* PyRun_String( const char *str, int start, PyObject *globals, PyObject *locals) 执行一段Python代码。 pstr = PyRun_String("message", Py_eval_input, pdict, pdict); 6. int PyArg_Parse( PyObject *args, char *format, ...) 解构Python数据为C的类型，这样C程序中才可以使用Python里的数据。例： /* convert to C and print it*/ PyArg_Parse(pstr, "s", &cstr); printf("%s/n", cstr); 7. 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。例： /* to call mymod.transform(mymod.message) */ pfunc = PyObject_GetAttrString(pmod, "transform"); 8. PyObject* Py_BuildValue( char *format, ...) 构建一个参数列表，把C类型转换为Python对象，使Python可以使用C类型数据，例： cstr="this is hjs''s test, to uppercase"; pargs = Py_BuildValue("(s)", cstr); 9. PyEval_CallObject(PyObject* pfunc, PyObject* pargs) 此函数有两个参数，都指向Python对象指针，pfunc是要调用的Python 函数，通常可用PyObject_GetAttrString()获得；pargs是函数的参数列表，通常可用Py_BuildValue()构建。例： pstr = PyEval_CallObject(pfunc, pargs); PyArg_Parse(pstr, "s", &cstr); printf("%s/n", cstr); 10. void Py_Finalize( ) 关闭Python解释器，释放解释器所占用的资源。例： Py_Finalize(); Python2.4环境没有提供调试版本的Python24d.lib，所以上述示例在release模式下编译。编译完成后，把可行文件和附给出的mymod.py文件放在一起，再点击即可运行。为了简化编程，附给出了simplepy.h。这样，调用mymod.transform变成如下形式： //＃i nclude”simplepy.h” CSimplepy py; py.ImportModule("mymod"); std::string str=py.CallObject("transform", "this is hjs''s test, to uppercase"); printf("%s/n", str.c_str()); 接下来，我们来用C++为Python编写扩展模块(动态链接库)，并在Python程序中调用C++开发的扩展功能函数。生成一个取名为pyUtil的Win32 DLL工程，除了pyUtil.cpp文件以外，从工程中移除所有其它文件，并填入如下的代码： // pyUtil.cpp #ifdef PYUTIL_EXPORTS #define PYUTIL_API __declspec(dllexport) #else #define PYUTIL_API __declspec(dllimport) #endif ＃i nclude<windows.h> ＃i nclude<string> ＃i nclude<Python.h> BOOL APIENTRY DllMain( HANDLE hModule, DWORD ul_reason_for_call, LPVOID lpReserved ?) { switch (ul_reason_for_call) { case DLL_PROCESS_ATTACH: case DLL_THREAD_ATTACH: case DLL_THREAD_DETACH: case DLL_PROCESS_DETACH: break; } return TRUE; } std::string Recognise_Img(const std::string url) { //返回结果 return "从dll中返回的数据... : " +url; } static PyObject* Recognise(PyObject *self, PyObject *args) { const char *url; std::string sts; if (!PyArg_ParseTuple(args, "s", &url)) return NULL; sts = Recognise_Img(url); return Py_BuildValue("s", sts.c_str() ); } static PyMethodDef AllMyMethods[] = { {"Recognise", Recognise, METH_VARARGS},//暴露给Python的函数 {NULL, NULL} /* Sentinel */ }; extern "C" PYUTIL_API void initpyUtil() { PyObject *m, *d; m = Py_InitModule("pyUtil", AllMyMethods); //初始化本模块，并暴露函数 d = PyModule_GetDict(m); } 在Python代码中调用这个动态链接库： import pyUtil result = pyUtil.Recognise("input url of specific data") print "the result is: "+ result 用C++为Python写扩展时，如果您愿意使用Boost.Python库的话，开发过程会变得更开心J，要编写一个与上述pyUtil同样功能的动态链接库，只需把文件内容替换为下面的代码。当然，编译需要boost_python.lib支持，运行需要boost_python.dll支持。 ＃i nclude<string> ＃i nclude <boost/python.hpp> using namespace boost::python; #pragma comment(lib, "boost_python.lib") std::string strtmp; char const* Recognise(const char* url) { strtmp ="从dll中返回的数据... : "; strtmp+=url; return strtmp.c_str(); } BOOST_PYTHON_MODULE(pyUtil) { def("Recognise", Recognise); } 所有示例都在Microsoft Windows XP Professional + Microsoft Visual Studio .NET 2003 + Python2.4环境下测试通过，本文所用的Boost库为.33版本。 参考资料 [1] Python Documentation Release 2.4.1. 2005.3.30，如果您以默认方式安装了Python2.4，那么该文档的位置在C:/Program Files/Python24/Doc/Python24.chm； [2] Michael Dawson. Python Programming for the Absolute Beginner. Premier Press. 2003； [3] Mark Lutz. Programming Python, 2nd Edition. O''Reilly. 2001.3 ； [4] Mark Hammond, Andy Robinson. Python Programming on Win32. O''Reilly. 2000.1 ； Python主页：http://www.python.org/； Boost库主面：www.boost.org； 附text.txt this is test text in text.txt. 附mymod.py import string message = ''original string'' message =message+message msg_error="" try: text_file = open("text.txt", "r") whole_thing = text_file.read() print whole_thing text_file.close() except IOError, (errno, strerror): print "I/O error(%s): %s" % (errno, strerror) def transform(input): #input = string.replace(input, ''life'', ''Python'') return string.upper(input) def change_msg(nul): global message #如果没有此行，message是函数里头的局部变量 message=''string changed'' return message def r_file(nul): return whole_thing def get_msg(nul): return message 附simplepy.h #ifndef _SIMPLEPY_H_ #define _SIMPLEPY_H_ // simplepy.h v1.0 // Purpose: facilities for Embedded Python. // by hujinshan @2005年月日:13:02 ＃i nclude using std::string; ＃i nclude //-------------------------------------------------------------------- // Purpose: ease the job to embed Python into C++ applications // by hujinshan @2005年月日:13:18 //-------------------------------------------------------------------- class CSimplepy // : private noncopyable { public: ///constructor CSimplepy() { Py_Initialize(); pstr=NULL, pmod=NULL, pdict=NULL; pfunc=NULL, pargs=NULL; } ///destructor virtual ~CSimplepy() { Py_Finalize(); } ///import the user module bool ImportModule(const char* mod_name) { try{ pmod = PyImport_ImportModule(const_cast(mod_name)); if(pmod==NULL) return false; pdict = PyModule_GetDict(pmod); } catch(...) { return false; } if(pmod!=NULL && pdict!=NULL) return true; else return false; } ///Executes the Python source code from command in the __main__ module. ///If __main__ does not already exist, it is created. ///Returns 0 on success or -1 if an exception was raised. ///If there was an error, there is no way to get the exception information. int Run_SimpleString(const char* str) { return PyRun_SimpleString(const_cast(str) ); } ///PyRun_String("message", Py_eval_input, pdict, pdict); ///Execute Python source code from str in the context specified by the dictionaries globals. ///The parameter start specifies the start token that should be used to parse the source code. ///Returns the result of executing the code as a Python object, or NULL if an exception was raised. string Run_String(const char* str) { char *cstr; pstr = PyRun_String(str, Py_eval_input, pdict, pdict); if(pstr==NULL) throw ("when Run_String, there is an exception was raised by Python environment."); PyArg_Parse(pstr, "s", &cstr); return string(cstr); } ///support olny one parameter for python function, I think it''s just enough. string CallObject(const char* func_name, const char* parameter) { pfunc=NULL; pfunc = PyObject_GetAttrString(pmod, const_cast(func_name)); if(pfunc==NULL) throw (string("do not found in Python module for: ") +func_name).c_str(); char* cstr; pargs = Py_BuildValue("(s)", const_cast(parameter)); pstr = PyEval_CallObject(pfunc, pargs); if(pstr==NULL) throw ("when PyEval_CallObject, there is an exception was raised by Python environment"); PyArg_Parse(pstr, "s", &cstr); return string(cstr); } //PyObject *args; //args = Py_BuildValue("(si)", label, count); /* make arg-list */ //pres = PyEval_CallObject(Handler, args); protected: PyObject *pstr, *pmod, *pdict; PyObject *pfunc, *pargs; }; #endif // _SIMPLEPY_H_ // end of file |
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