C++调用python浅析

C++调用Python浅析

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环境

VS2005Python2.5.4 Windows XP SP3

 

简述

一般开发过游戏的都知道Lua和C++可以很好的结合在一起，取长补短，把Lua脚本当成类似动态链接库来使用，很好的利用了脚本开发的灵活性。而作为一门流行的通用型脚本语言Python，也是可以做到的。在一个C++应用程序中，我们可以用一组插件来实现一些具有统一接口的功能，一般插件都是使用动态链接库实现，如果插件的变化比较频繁，我们可以使用Python来代替动态链接库形式的插件（堪称文本形式的动态链接库），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。灵活性大大的提高了。

 

Python/CAPI简介

通过C++调用Python脚本主要要用到如下的一些Python提供的API，因为实际上C++要调用的是Python的解释器，而Python解释器本质就是实现在动态链接库里面的，因此在调用前和调用后要进行一些初始化和资源释放的工作，另外，要调用Python脚本里面的函数等等东西，需要Python提供的一些特殊API来包装C++调用。（可以参考[2]）。

 

void Py_Initialize(void)

初始化Python解释器，如果初始化失败，继续下面的调用会出现各种错误，可惜的是此函数没有返回值来判断是否初始化成功，如果失败会导致致命错误。

 

int Py_IsInitialized(void)

检查是否已经进行了初始化，如果返回0，表示没有进行过初始化。

 

void Py_Finalize()

反初始化Python解释器，包括子解释器，调用此函数同时会释放Python解释器所占用的资源。

 

int PyRun_SimpleString(const char *command)

实际上是一个宏，执行一段Python代码。

 

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。类似Python内建函数import。

 

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。

 

PyObject* PyRun_String(const char* str, int start,PyObject* globals, PyObject* locals)

执行一段Python代码。

 

int PyArg_Parse(PyObject* args, char* format, ...)

把Python数据类型解析为C的类型，这样C程序中才可以使用Python里面的数据。

 

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。

 

PyObject* Py_BuildValue(char* format, ...)

和PyArg_Parse刚好相反，构建一个参数列表，把C类型转换为Python对象，使得Python里面可以使用C类型数据。

 

PyObject* PyEval_CallObject(PyObject* pfunc, PyObject*pargs)

此函数有两个参数，而且都是Python对象指针，其中pfunc是要调用的Python函数，一般说来可以使用PyObject_GetAttrString()获得，pargs是函数的参数列表，通常是使用Py_BuildValue()来构建。

 

更多的API请参考官方的文档，比较直观简单，譬如怎样初始化一个类实例，怎样调用类成员函数。下面上点代码，感受下这个过程。

 

C++代码

#include"stdafx.h"

#include"Python.h"

 

int_tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

      int nRet = -1;

 

      PyObject* pName =NULL;

      PyObject* pModule =NULL;

      PyObject* pDict =NULL;

      PyObject* pFunc =NULL;

      PyObject* pArgs =NULL;

      PyObject* pRet =NULL;

      do

      {

             // 初始化Python

             // 在使用Python系统前，必须使用Py_Initialize对其

             // 进行初始化。它会载入Python的内建模块并添加系统路

             // 径到模块搜索路径中。这个函数没有返回值，检查系统

             // 是否初始化成功需要使用Py_IsInitialized。

             Py_Initialize();

 

             // 检查初始化是否成功

             if (!Py_IsInitialized())

             {

                    break;

             }

 

             // 添加当前路径

             // 把输入的字符串作为Python代码直接运行，返回

             // 表示成功，-1表示有错。大多时候错误都是因为字符串

             // 中有语法错误。

             PyRun_SimpleString("importsys");

             PyRun_SimpleString("sys.path.append('./')");

 

             // 载入名为PyPlugin的脚本

             pName = PyString_FromString("PyPlugin");

             pModule = PyImport_Import(pName);

             if (!pModule)

             {

                    printf("can't findPyPlugin.py\n");

                    break;

             }

 

             pDict = PyModule_GetDict(pModule);

             if (!pDict)

             {

                    break;

             }

 

             // 找出函数名为AddMult的函数

             pFunc = PyDict_GetItemString(pDict,"AddMult");

             if (!pFunc || !PyCallable_Check(pFunc))

             {

                    printf("can't findfunction [AddMult]\n");

                    break;

             }

 

             pArgs = Py_BuildValue("ii", 12, 14);

             PyObject* pRet =PyEval_CallObject(pFunc,pArgs);

             int a = 0;

             int b = 0;

             if (pRet &&PyArg_ParseTuple(pRet,"ii", &a,&b))

             {

                    printf("Function[AddMult] call successful a + b = %d, a * b = %d\n",a, b);

                    nRet = 0;

             }

 

             if (pArgs)

                    Py_DECREF(pArgs);

             if (pFunc)

                    Py_DECREF(pFunc);

             // 找出函数名为HelloWorld的函数

             pFunc = PyDict_GetItemString(pDict,"HelloWorld");

             if (!pFunc || !PyCallable_Check(pFunc))

             {

                    printf("can't findfunction [HelloWorld]\n");

                    break;

             }

             pArgs = Py_BuildValue("(s)","magictong");

             PyEval_CallObject(pFunc,pArgs);

      } while (0);

      

      if (pRet)

             Py_DECREF(pRet);

      if (pArgs)

             Py_DECREF(pArgs);

      if (pFunc)

             Py_DECREF(pFunc);

      if (pDict)

             Py_DECREF(pDict);

      if (pModule)

             Py_DECREF(pModule);

      if (pName)

             Py_DECREF(pName);

      Py_Finalize();

 

      return 0;

}

 

Python代码

#!/usr/bin/python

importstring

 

classCMyClass:

      def HelloWorld(self):

print'HelloWorld'

 

classSecondClass:

      def invoke(self,obj):

obj.HelloWorld()

 

defHelloWorld(strName):

print"Hello ", strName

 

defAdd(a, b, c):

returna + b + c

 

defAddMult(a, b):

"""

"""

print"in FunctionAddMult..."

printa

printb

returna + b, a * b

 

defStringToUpper(strSrc):

returnstring.upper(strSrc)

 

下面还有几个比较重要的问题需要解决，且听慢慢道来。

 

C++怎么向Python传递参数

C++向Python传参数是以元组（tuple）的方式传过去的，因此我们实际上就是构造一个合适的Python元组就可以了，要用到PyTuple_New，Py_BuildValue，PyTuple_SetItem等几个函数，其中Py_BuildValue可以有其它一些的替换函数。

PyObject*pyParams = PyTuple_New(2);

      PyObject* pyParams1=Py_BuildValue("i",5);

      PyObject* pyParams2=Py_BuildValue("i",6);

      PyTuple_SetItem(pyParams,0,pyParams1);

      PyTuple_SetItem(pyParams,1,pyParams2);

      pRet = PyEval_CallObject(pFunc,pyParams);

也可以直接使用PyObject* Py_BuildValue(char *format, ...)函数来直接来构造tuple，此函数的使用也很简单，记住一些转换的格式常量即可轻松进行转换（格式常量有点类似printf，参考[9]）。譬如s表示字符串，i表示整型变量，f表示浮点数，o表示一个Python对象等等。

Py_BuildValue("")                       None

Py_BuildValue("i",123)                 123

Py_BuildValue("iii",123, 456, 789)     (123, 456, 789)

Py_BuildValue("s","hello")             'hello'

Py_BuildValue("ss","hello", "world")   ('hello', 'world')

Py_BuildValue("s#","hello", 4)         'hell'

Py_BuildValue("()")                     ()

Py_BuildValue("(i)",123)               (123,)

Py_BuildValue("(ii)",123, 456)         (123, 456)

Py_BuildValue("(i,i)",123, 456)        (123, 456)

Py_BuildValue("[i,i]",123, 456)        [123, 456]

Py_BuildValue("{s:i,s:i}",

                 "abc", 123, "def", 456)   {'abc': 123, 'def': 456}

Py_BuildValue("((ii)(ii))(ii)",

                 1, 2, 3, 4, 5, 6)         (((1, 2), (3, 4)), (5, 6))

 

C++怎么转换Python的返回值

Python传回给C++的都是PyObject对象，因此可以调用Python里面的一些类型转换API来把返回值转换成C++里面的类型。类似PyInt_AsLong，PyFloat_AsDouble这些系列的函数。Python比较喜欢传回一个元组，可以使用PyArg_ParseTuple这个函数来解析。这个函数也要用到上面的格式常量（参考[10]）。还有一个比较通用的转换函数是PyArg_Parse，也需要用到格式常量，够不够强大，用了就知道了。

 

直接调用Python脚本文件——另一种调用方式

初始化，反初始化都一样，此种方式其实就是直接调用PyRun_SimpleString函数。

if(fp &&PyRun_SimpleString("execfile('PyFile.py')") != 0)

      {

             fclose(fp);

             printf("PyRun_SimpleFile(%s)failed!",szFile);

             return -1;

}

 

还有一种方法是调用PyRun_SimpleFile()函数来直接运行一个Python文件，不过这种方式有点危险，因为这个API要求传入一个FILE指针，而微软的几个CRT版本FILE指针的定义有了变化，因此传入你使用VS2005编译的FILE指针或者其它版本的FILE极有可能崩溃，如果你想安全调用，最好是自己把Python的源代码使用和应用程序相同的环境一起编译出lib来使用。

charszFile[] = "PyFile.py";

      FILE* fp =fopen(szFile, "r");

      if(fp && PyRun_SimpleFile(fp,szFile) != 0)

      {

             fclose(fp);

             printf("PyRun_SimpleFile(%s)failed!",szFile);

             return -1;

}

 

参考文献

[1] python官网http://www.python.org/

[2] python/c APIReference Manualhttp://docs.python.org/2/c-api/index.html

[3] 用C语言扩展python的功能https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-pythc/

[4] C++扩展和嵌入Pythonhttp://www.vckbase.com/index.php/wv/1258

[5] Python调用C/C++模块http://blog.csdn.net/masefee/article/details/4750920

[6] Extendingand Embedding the Python Interpreter

http://docs.python.org/2/extending/index.html

[7] EmbeddingPython in Another Application

http://docs.python.org/2/extending/embedding.html

[8] C调用Python类/函数简单代码

http://www.360doc.com/content/12/0506/13/9369336_209021809.shtml

[9] The Py_BuildValue()Function

http://docs.python.org/release/1.5.2p2/ext/buildValue.html

[10] FormatStrings for PyArg_ParseTuple()

http://docs.python.org/release/1.5.2p2/ext/parseTuple.html

       [11]Python编程

http://wiki.woodpecker.org.cn/moin/PP3eD