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Ubuntu系统中Python无缝调用C程序的实现

更新时间：2019-12-24 21:52:23 大小：5M 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：ubuntu系统python 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

在实际的项目开发中,我们经常需要将Python和C两者结合起来编程,从而达到高效率的开发与运行的双赢局面。这就要求我们学会如何在python程序中调用C程序。本文的目标就是介绍在Ubuntu系统中,实现python调用C程序的具体方法与步骤。


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Ubuntu系统中Python无缝调用C程序的实现  
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(广东白云学院，广东 广州 510450)  
[摘 要]  
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[关键词] Nwrf ml ţ Aţ S ` sl rs  
中图分类号：TP311.1  
文献标识码：A  
文章编号：1008 - 6609 (2018) 09 - 0036 - 03  
#include <stdio.h>  
int maxn(int a,int b)  
{return (a>b?a:b);}  
int main()  
1
引言  
随着人工智能、大数据计算、系统运维、网络爬虫等技术  
的兴起，Python 作为目前最火的脚本语言，以其优雅、简单、  
功能强大、开发效率高、跨平台等优点，被广泛应用于这些领  
域。C语言是一种编译型语言，介于高级和低级语言之间，C  
程序的运行必须要经过编译后，生成机器码，然后再运行，执  
行速度快，但不能跨平台，目前主要用于操作系统、驱动等底  
层的开发。在实际开发中，程序员往往会把程序中的性能瓶  
颈部分的实现，以扩展的方式用 C 程序来完成，而业务逻辑  
部分的实现，则用 Python 这种高度集成、适合开发大型项目  
的程序设计语言来完成，从而扬长避短，充分发挥出两种语  
言的各自优势。  
{
printf“( 2,30这两个数的最大值是%d\n”,max(2,30));  
printf“( 5,6这两个数的最大值是%d\n”,max(5,6));  
return 0;  
}
（2）打开Ubuntu中的终端窗口，使用cd命令进入到桌面  
的pythonexc文件夹，然后使用gcc命令对C源文件编译链接  
生成可执行文件后，并运行，看结果是否正确（在这步一定要  
保证所编写C代码的正确性，以避免在Python中调试C的麻  
烦），编译及输出结果如下图 1 所示，若正确，再将 main 函数  
重命名为如tes（t 作为扩展模块，不能有main函数，避免同名  
冲突），才能进行下一步的操作。  
2
用C语言扩展Python的流程  
（1）创建C源代码（.c）；  
（2）把C源代码打包成库文件，也就是Python类型适配，  
创建包裹函数（.c），包装C代码；  
（3）编译与测试。  
图1 gcc编译及运行后的输出结果  
3
具体实现步骤  
3.1 创建C程序功能源代码  
（3）编写相应的 MaxRun.h 头文件，将定义的两个函数  
maxn 和 test 封装到该头文件里，在包裹模块中需要调用它，  
代码如下：  
（1）首先进入 Ubuntu 系统，这里选择在桌面下，新建一  
个文件夹 pythonexc（以下创建的所有文件/夹都存放在该文  
件夹中，以方便管理），在该文件夹中创建一个名为MaxRun.  
c 的源文件，实现定义一个求两数最大值的函数 maxn，并在  
主函数main中调用maxn这个函数。具体代码如下：  
#ifndef MaxRun_H_  
#define MaxRun_H_  
int maxn(int a,int b);  
—————————————  
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作者简介： Ṭ ᾶĹ / 755+ĺ Ŀᴹ Ŀẙ ᴫ ἠ ᶣ Ŀ ₸ Ŀ  
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- 36 -  
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int test(void)  
#endif;  
3.2 创建包裹模块，包装编写好的C代码  
包裹模块是 C 源代码与 Python 解释器之间进行交互的  
桥梁。Python和C就是通过这个模块，完成无缝适配的。在  
刚建好的 pythonexc 文件夹中 ，新建一个名字为 MaxRun-  
Wrapper.c 的源文件，作为 MaxRun.c 的包裹模块。包裹模块  
的代码从上到下主要分为四部分：  
图3 函数声明数组的定义及格式说明  
第四部分：函数的初始化声明。  
初始化声明中的代码，会在包裹模块被python导入时进  
行调用，完成初始化C模块以及这个模块所包含的函数的作  
用。初始化声明代码如下：  
第一部分代码：包含Python.h等的头文件。  
Python.h 头文件一般存放在/usr/local/include/python2.x  
中，如果没有可以在终端输入命令：sudo apt-get install py-  
thon-dev，安装 Python。在包裹函数的最上面加入如下四行  
C代码：  
void initMaxRun(void)  
{py_InitModule“( MaxRun”,MaxRunMethhods);}  
至此，包裹模块已经全部完成，保存在MaxRunWrapper.c  
文件中。  
#include“Python.h”  
3.3 编译安装到Python环境，并测试  
#include <stdlib.h>  
为了让 Python 的扩展能够被创建，需要把 C 源代码、C  
源代码头文件、包裹模块文件放在一起编译，放到Python库，  
以便在其它 Python 文件中引入这个 C 扩展。使用 Python 中  
的distutils包来编译、安装和分发这些模块、扩展和包。步骤  
如下：  
#include <string.h>  
#include“MaxRun.h”  
第二部分代码：为被包裹的 C 功能源代码（MaxRun）中  
所写的每一个函数（maxn 和 test）增加一个静态的 PyObject*  
Module_func()的包裹函数。  
（1）创建setup.py  
包裹函数的作用就是在 Python 和 C 之间完成数据类型  
的转换。每个包裹函数的返回类型为 PyObject *，包裹函数  
的名字：模块_函数名，如本例中应为两个函数命名为 Max-  
Run_maxn和MaxRun_test，相应的包裹函数代码及功能说明  
如图2所示。  
在 Python 中是由 setup 函数完成编译，应为每一个扩展  
创建一个 Extension 实例，我们这里只有一个扩展。setup.py  
文件中的代码及相关参数说明如图4所示。  
图4 setup.py文件代码及相关参数说明  
（2）运行setup.py编译和连接C的扩展代码  
在 Ubuntu 终端中执行如下命令：python setup.py build。  
如果最终能生成一个*.so（这里是 MaxRun.so）的动态库文  
件，表示编译成功。该文件会被存放在 pythonexc/bulid/lib.*  
目录下。  
图2 包裹函数代码及功能说明  
第 三 部 分 ：为 模 块 增 加 一 个 PyMethodDef Module-  
Methods[]的函数声明数组。  
（3）从Python中导入模块和测试  
在Ubuntu终端中执行如下命令：sudo python setup.py in-  
stall。安装我们的 setup.py 文件，会把生成的动态库文件.so  
复制到Ubuntu的公共库中，然后就可以用import MaxRun命  
令导入该扩展模块的动态库文件。可以在ipython中以交互  
的方式测试，也可以新建一个 python 文件，用 import 命令导  
入该扩展模块，就可以无缝调用C扩展模块中的函数了。  
以新建一个 pytest.py 文件为例，在其中导入 C 扩展模  
块，并调用其中的test函数、代码及输出效果如图5所示。  
创建完包裹函数后，需要用函数声明数组的方式，把 C  
功能源代码中定义的函数与对应的包裹函数一一列举在数  
组中，以便 Python 解释器能够导入并调用这些函数，最后的  
两个 NULL 表示函数声明结束。函数声明数组代码及格式  
说明如图3所示。  
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