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Python与C++之间的交互与对接

2023-07-01 14:13:50 深夜i -- --

Python C++ 交互对接编程语言

Python与C++被广泛应用于软件开发领域，它们各自拥有独特的优势与特点。Python是一种动态语言，面向对象、解释型语言，具有代码简洁、易读、易学的特点，适合快速开发原型和小型应用程序。C++是一种编译型语言，面向过程、面向对象语言，拥有高性能、底层控制、丰富的库和工具，适合编写大型系统和高性能计算。两种语言有着不同的发展历程和应用领域，但在某些场合下，需要将两种语言结合使用，实现各自的优点，形成交互与对接。下面将介绍Python与C++之间的交互与对接。

Python调用C++函数

Python提供了调用C++函数的接口，主要是通过C扩展模块或Cython来实现，具体步骤如下：

1.编写C++源代码，实现函数功能；

2.通过C++编译器编译源代码，生成动态链接库(.so文件)；

3.编写C扩展模块或Cython，定义Python函数，调用C++函数，将结果转换为Python对象返回。

例如，在编写C++函数add(a,b)：对两个数进行加法计算，并返回结果，实现代码如下：


// add.cpp
#include<iostream>
using namespace std;
int add(int a,int b)
{
  return a+b;
}

编译生成动态链接库：

$ g++ -shared -fPIC -o add.so add.cpp

编写C扩展模块addmodule.c，实现代码如下：


// addmodule.c
#include<Python.h>
#include<stdio.h>
int add(int a,int b);
static PyObject *add_add(PyObject *self, PyObject *args){
  int a,b;
  if(!PyArg_ParseTuple(args,"ii",&a,&b))
    return NULL;
  
  int result = add(a,b);
  return Py_BuildValue("i",result);
}
static PyMethodDef add_methods[] = {
  {"add",add_add,METH_VARARGS,"calculate add(a,b)"},
  0
};
static struct PyModuleDef addmodule = {
  PyModuleDef_HEAD_INIT,
  "add",
  "calculate add(a,b)",
  -1,
  add_methods
};
PyMODINIT_FUNC PyInit_add(void){
  PyObject *m;
  m = PyModule_Create(&addmodule);
  if(m == NULL)
    return NULL;
  
  return m;
}

编译C扩展模块：

$ gcc -fPIC -I/usr/include/python3.7 -c addmodule.c $ gcc -shared addmodule.o -o add.so

最后，在Python中调用C++函数：


import add
result = add.add(1,2)
print(result)  # 3

C++调用Python脚本

C++通过Python提供的API可以调用Python脚本，实现步骤如下：

1.使用Python.h头文件，初始化Python环境；

2.调用Python脚本，执行相关操作；

3.清理Python环境，结束程序。

例如，在C++程序中调用Python脚本print_hello.py，输出"Hello World"：


// main.cpp
#include<Python.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
  Py_Initialize();
  FILE *fp = fopen("print_hello.py","r");
  PyRun_SimpleFile(fp,"print_hello.py");
  Py_Finalize();
  return 0;
}

运行结果：

$ g++ -o main main.cpp -I/usr/include/python3.7m -L/usr/lib/python3.7m -lpython3.7m $ ./main Hello World

Python和C++之间的交互与对接，可以实现各种应用场景下的需求，比如Python作为界面设计和驱动，C++用于底层计算；Python作为业务逻辑实现，C++用于高性能计算；Python作为大数据处理的框架，C++用于底层优化等。学习掌握两种语言之间的交互与对接技术，对于软件开发工程师来说，具有重要的意义。

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