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作者：窗戶

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Python這些年風(fēng)頭一直很盛，占據(jù)了很多領(lǐng)域的位置，Web、大數(shù)據(jù)、人工智能、運(yùn)維均有它的身影，甚至圖形界面做的也很順，乃至full-stack這個詞語剛出來的時候，似乎就是為了描述它。

Python雖有GIL的問題導(dǎo)致多線程無法充分利用多核，但后來的multiprocess可以從多進(jìn)程的角度來利用多核，甚至affinity可以綁定具體的CPU核，這個問題也算得到解決。雖基本為全棧語言，但有的時候?yàn)榱诵?#xff0c;可能還是會去考慮和C語言混編。混編是計算機(jī)里一個不可回避的話題，涉及的東西很多，技術(shù)、架構(gòu)、團(tuán)隊(duì)情況、管理、客戶等各個環(huán)節(jié)可能對其都有影響，混編這個問題我想到時候再開一貼專門討論。本文只講python和C混編的方式，大致有如下幾種方式（本文背景是linux，其他平臺可以類比）：

共享庫

使用C語言編譯產(chǎn)生共享庫，然后python使用ctype庫里的cdll來打開共享庫。

舉例如下，C語言代碼為

/* func.c */

int func(inta)

{return a*a;

}

python代碼為

#!/usr/bin/env python

#test_so.py

from ctypes import cdll

importos

p= os.getcwd() + "/libfunc.so"f=cdll.LoadLibrary(p)print f.func(99)

測試如下

$ gcc -fPIC -shared func.c -o libfunc.so

$ ./test_so.py

9801

subprocess

C語言設(shè)計一個完整的可執(zhí)行文件，然后python通過subprocess來執(zhí)行該可執(zhí)行文件，本質(zhì)上是fork+execve。

舉例如下，C語言代碼為

/*test.c*/#include

int func(inta)

{return a*a;

}int main(int argc, char **argv)

{intx;

sscanf(argv[1], "%d", &x);

printf("%d ", func(x));return 0;

}

Python代碼為

#!/usr/bin/env python#test_subprocess.py

importosimportsubprocess

subprocess.call([os.getcwd()+"/a.out", "99"])

測試如下

$ gcc test.c -o a.out

$ ./test_subprocess.py

9801

C語言中運(yùn)行python程序

C語言使用popen/system或者直接以系統(tǒng)調(diào)用級fork+exec來運(yùn)行python程序也是一種混編的手段了。

舉例如下，Python代碼如下

#!/usr/bin/env python#test.py

importsys

x= int(sys.argv[1])print x*x

C語言代碼如下

/* test.c */

#include #include

int main()

{

FILE*f;

char s[1024];

int ret;

f= popen("./test.py 99", "r");while((ret=fread(s,1,1024,f))>0) {

fwrite(s,1,ret,stdout);

}

fclose(f);return0;

}

測試如下

$ gcc test.c

$ ./a.out

9801

python對C語言擴(kuò)展的支持

很多編程語言都為C語言擴(kuò)展添加了支持，這有兩種原因：(1)語言設(shè)計之初，可以充分的利用C語言已有的庫來做很多擴(kuò)展；(2)C語言的運(yùn)行效率高。

python也不例外，從誕生那天起，很多庫都是C語言寫的。python的C語言擴(kuò)展中涉及到python的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與C語言的對應(yīng)，擴(kuò)展方法其實(shí)是用C語言編寫一個共享庫，只是這個共享庫中的接口是一個規(guī)范的，可以被python識別的。

為了說明如何擴(kuò)展，我這里先假設(shè)一個在python下的函數(shù)功能，代碼如下

def func(*a):

res=1

for i inrange(len(a)):

res*=sum(a[i])return res

如上，希望的函數(shù)功能是，參數(shù)是任意多個數(shù)字組成的列表（姑且排除其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），返回每個列表的元素之和的乘積。

姑且先把python代碼寫了，如下所示

#!/usr/bin/env python#test.py

importcolindef func(*a):

res=1

for i inrange(len(a)):

res*=sum(a[i])returnres

a= [1,2,3]

b= [4,5,6]

c= [7,8]

d= [9]

e= [10,11,12,13,14]

f= colin.func2(99)

g=colin.func3(a,b,c,d,e)

h=func3(a,b,c,d,e)print "f =",fprint "g =",gprint "h =",h

帶上之前一直測試的平方func，這個實(shí)現(xiàn)相對簡單，希望python寫出來的func可以和C語言擴(kuò)展出來的結(jié)果一致。

先用C語言寫上這些函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，其中func3用上了一個表示任意多個任意長的數(shù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)y_t,而x_t用來表示單個數(shù)組。

/*colin.h*/#ifndef Colin_h#define Colin_htypedefstruct{int *a;intlen;

} x_t;

typedefstruct{

x_t*ax;intlen;

} y_t;int func2(inta);int func3(y_t *p);void free_y_t(y_t *p);#endif

/*colin.c*/#include"colin.h"#include

int func2(inta)

{return a*a;

}int func3(y_t *p)

{intresult;intsum;inti, j;

result= 1;for(i=0;ilen;i++) {

sum= 0;for(j=0;jax[i].len;j++)

sum+= p->ax[i].a[j];

result*=sum;

}returnresult;

}void free_y_t(y_t *p)

{inti;for(i=0;ilen;i++) {free(p->ax[i].a);

}free(p->ax);

}

上面定義了三個函數(shù)，func2代表平方，func3代表之前所說的功能，又因y_t這個結(jié)構(gòu)可能都是動態(tài)分配出來的，所以給個歸還內(nèi)存的方法。

剛才說過python擴(kuò)展的話，需要把這個共享庫的接口“標(biāo)準(zhǔn)化”一下。于是我們就包裝一下，并給個python加載的入口。

/*wrap.c*/#include#include#include"colin.h"PyObject* wrap_func2(PyObject* self, PyObject*args)

{intn, result;/*從參數(shù)列表中導(dǎo)出一個整形，用"i"*/

if (!PyArg_ParseTuple(args, "i", &n))returnNULL;/*用C語言的庫實(shí)現(xiàn)來計算*/result=func2(n);/*計算結(jié)果必須要導(dǎo)成python識別的類型*/

return Py_BuildValue("i", result);

}

PyObject* wrap_func3(PyObject* self, PyObject*args)

{intn, result;inti, j;intsize, size2;

PyObject*p,*q;

y_t*y;

y= malloc(sizeof(y_t));/*先數(shù)數(shù)有多少個參數(shù)，也就是列表的個數(shù)*/size=PyTuple_Size(args);/*把數(shù)組的個數(shù)先分配了*/y->len =size;

y->ax = malloc(sizeof(x_t)*size);/*遍歷python里各個列表(參數(shù))*/

for(i=0;iax[i].len =size2;

y->ax[i].a = malloc(sizeof(int)*size2);/*遍歷列表，依次把列表里的數(shù)轉(zhuǎn)到數(shù)組里*/

for(j=0;j

q=PyList_GetItem(p, j);

PyArg_Parse(q,"i",&y->ax[i].a[j]);

}

}/*用C語言的庫實(shí)現(xiàn)來計算*/result=func3(y);

free_y_t(y);free(y);/*結(jié)果轉(zhuǎn)成python識別格式*/

return Py_BuildValue("i", result);

}/*這是接口列表，加載時是只加載此列表的地址，所以這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不能放棧（局部變量）內(nèi)，會被清掉*/

static PyMethodDef colinMethods[] ={

{"func2", wrap_func2, METH_VARARGS, "Just a test"},

{"func3", wrap_func3, METH_VARARGS, "Just a test"},

{NULL, NULL, METH_NOARGS, NULL}

};/*python加載的時候的接口*/

/*注意，既然庫名叫colin,此函數(shù)必須交initcolin*/

voidinitcolin()

{

PyObject*m;

m= Py_InitModule("colin", colinMethods);

}

過程中，我猜測PyArg_VaParse應(yīng)該功能更為強(qiáng)大，可是反復(fù)測沒有成功，也沒細(xì)看文檔。

測試一下

$ gcc -I /usr/include/python2.7/ -fPIC -shared colin.c wrap.c -o colin.so

$ ./test.py

f = 9801

g = 729000

h = 729000

可以看到，C語言寫的函數(shù)和python寫的函數(shù)結(jié)果一致。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的python和c语言混合编程-python和C语言混编的几种方式的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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