寫python的c擴展簡介

2012 年 10 月 05 日 isnowfy programGo to comment

python是一門非常方便的動態語言，很多你用c或者java要很多行的代碼，可能python幾行就搞定了，所以python社區一直有個口號“人生苦短，我用python”，但是方便至于，也帶來速度上的問題。python最被人詬病的就是程序的運行速度了，所以結合c的快速和python的方便，就誕生了很多解決方案。首先注意到python就是c寫成的，所以最根本的解決方案就是利用原生的python c api來寫c程序，然后編譯成鏈接庫文件（linux下就是so文件），然后在python中直接調用，而且其他的解決方案也基本是圍繞這個思路，只不過替你做了很多重復的工作。這次主要是簡要介紹下python c api，swig,sip，ctypes，cython，cffi的使用。

python c api

首先來看最原始的就是使用python c api了。

#include <Python.h>

static PyObject* add(PyObject* self, PyObject* args){

int a = 0;

int b = 0;

if(!PyArg_ParseTuple(args, "i|i", &a, &b))

return NULL;

return Py_BuildValue("i", a+b);

}

static PyObject* sub(PyObject* self, PyObject* args){

int a = 0;

int b = 0;

if(!PyArg_ParseTuple(args, "i|i", &a, &b))

return NULL;

return Py_BuildValue("i", a-b);

}

static PyMethodDef addMethods[]={

{"add", add, METH_VARARGS},

{"sub", sub, METH_VARARGS},

{NULL, NULL, 0, NULL}

};

void initmytest(){

Py_InitModule("mytest", addMethods);

}

首先是引入Python.h這個頭文件，所以編譯的時候要注意引入python的庫，python中的對象在c中都是用PyObject來表示的，程序中定義了add和sub兩個方法，然后編寫init函數，名字注意是init加上你的module的名字，然后調用Py_InitModule函數來告訴python你定義的函數有哪些。然后就是把他編譯成so文件。

gcc mytest.c -shared -lpython2.7 -L /usr/lib/python2.7/ -I /usr/include/python2.7/ -o mytest.so

這樣你就可以在python中import mytest這樣引用，用法就和用其他python的模塊一樣了。

swig

首先要說明的是swig可以進行很多語言的調用轉換，不止是可以讓python調用c。swig和sip都被稱作wrapper，就是說他對你的原有函數進行了包裝。看到之前用python c api的方式里，我們必須嚴格按照python c api的方式來寫代碼，破壞了原有c程序的可讀性，于是wrapper的思想就是把原生c程序包裝成python c api那種方式的代碼，再去生成so文件。因此我們要做的是首先寫c文件。

int add(int a, int b){

return a+b;

}

int sub(int a, int b){

return a-b;

}

然后再去寫一個swig格式的接口文件。

%module mytest

%{

extern int add(int a, int b);

extern int sub(int a, int b);

%}

extern int add(int a, int b);

extern int sub(int a, int b);

然后就可以運行swig，他會自動生成python c api寫的代碼，并且會自動編譯出so文件來調用。

sip

來看sip，sip是swig發展而來是方便python調用c的，所以基本使用方式都是差不多，只不過接口文件略有差異。

%Module(name=mytest, language="C")

int add(int a, int b);

int sub(int a, int b);

ctypes

ctypes提供了另外的思路來調用c程序。首先ctypes是python的標準庫，所以如果用ctypes你不需要額外的其他的東西。ctypes讓你可以在python直接寫代碼加載c的鏈接庫so文件來調用，就是說如果你用so文件而沒有源文件的話，你仍然可以用ctypes去調用。

from ctypes import *

f = 'mytest.so'

cdll.LoadLibrary(f)

api = CDLL(f)

api.add.argtypes = [c_int, c_int]

api.add.restype = c_int

api.sub.argtypes = [c_int, c_int]

api.sub.restype = c_int

print api.add(3, 2)

print api.sub(3, 2)

有點像在python中去寫接口文件，由于是python的標準庫，所以這種方式用的還是蠻多的。

cython

cython的方法呢是利用類似python的語法來寫調用c程序的接口,并且可以同時方便的地用c函數和python函數。看代碼理解。

int sub(int a, int b){

return a-b;

}

我們可以有一些c寫成的代碼。

cdef extern from 'test.c':

int sub(int a, int b)

def add(int a, int b):

return a+b

def mysub(a, b):

return sub(a, b)

然后在cython中我們既可以引入c文件調用c文件中的函數，也可以去調用python中的函數，調用cython程序會把他變成純正的c文件，然后編譯成so文件就可以使用了。

cffi

最后是cffi，cffi類似于ctypes直接在python程序中調用c程序，但是比ctypes更方便不要求編譯成so再調用，注意到上面的所有方式都是需要去編譯成so文件后再在python中調用，而cffi允許你直接調用c文件來使用里面的函數了，為什么這么神奇呢，其實是cffi在解釋過程中才幫你把c編譯為so文件的。。。

from cffi import FFI

ffi = FFI()

ffi.cdef("""

int add(int a, int b);

int sub(int a, int b);

""")

lib = ffi.verify('#include "mytest.c"')

print lib.add(1,2)

然后基本就是這樣了，最后給我的感覺就是：基本上原生的python c api的寫法最麻煩了，但是一些需要高級用法的話還是這個更容易控制；方便一點的就是用wrapper；ctypes好處是，他是python的標準模塊并且不需要另外寫其他的額外程序(接口程序之類的)；cython好處就是可以方便的同時調用c函數和python函數，并且是類python語法，用起來很方便；CFFI好處是調用c更加方便，不用編譯 so。最后本文只是對各種用法簡單的介紹，并沒有深入的對各種用法的優缺點進行比較，因此如果想了解更多內容還是去看官方文檔吧。。。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的写python的c扩展简介的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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