将Python和C++结合起来编程可以充分利用Python的易用性和C++的高性能。
Python具有简洁的语法和强大的库支持,非常适合快速开发和数据处理。然而,Python在某些计算密集型任务上的性能不如C++。通过将这两种语言结合,可以既享受Python的便利,又获得C++的高性能。
ctypes
:允许Python调用C函数库。cffi
:为Python调用C代码提供了更高级的接口。SWIG
:自动生成Python到C/C++的包装代码。Boost.Python
:一个C++库,简化将C++类和函数暴露给Python。Pybind11
:现代且轻量级的C++库,用于将C++代码绑定到Python。ctypes
调用C函数首先,编写一个简单的C函数并将其编译成共享库。
example.c
)#include
void say_hello(const char* name) {
printf("Hello, %s!\n", name);
}
编译成共享库:
gcc -shared -o libexample.so -fPIC example.c
main.py
)import ctypes
# 加载共享库
lib = ctypes.CDLL('./libexample.so')
# 定义C函数原型
lib.say_hello.argtypes = [ctypes.c_char_p]
# 调用C函数
lib.say_hello(b"World")
cffi
调用C代码cffi
提供了一种更高级和便捷的方式来调用C代码。
example.c
)与上面相同。
main.py
)from cffi import FFI
ffi = FFI()
# 声明C函数原型
ffi.cdef("""
void say_hello(const char* name);
""")
# 加载共享库
C = ffi.dlopen('./libexample.so')
# 调用C函数
C.say_hello(b"World")
SWIG
生成包装代码SWIG
可以自动生成Python到C/C++的包装代码。
example.cpp
)#include
void say_hello(const std::string& name) {
std::cout << "Hello, " << name << "!" << std::endl;
}
example.i
)%module example
%{
#include "example.cpp"
%}
extern void say_hello(const std::string& name);
swig -python -c++ example.i
g++ -shared -o _example.so example_wrap.cxx example.cpp -I/usr/include/python3.8
main.py
)import example
example.say_hello("World")
Pybind11
绑定C++代码Pybind11
是现代且轻量级的C++库,用于将C++代码绑定到Python。
example.cpp
)#include
#include
void say_hello(const std::string& name) {
std::cout << "Hello, " << name << "!" << std::endl;
}
PYBIND11_MODULE(example, m) {
m.def("say_hello", &say_hello, "A function that says hello");
}
c++ -O3 -Wall -shared -std=c++11 -fPIC `python3 -m pybind11 --includes` example.cpp -o example`python3-config --extension-suffix`
main.py
)import example
example.say_hello("World")
通过结合Python和C++,可以在保持代码简洁和易读的同时,显著提高程序的性能。选择合适的工具和方法,可以有效地实现Python与C++的互操作,从而优化项目的整体性能和开发效率。