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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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S ` sl rs

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nwrf ml

Aử

[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()

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。

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

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);

—————————————

—

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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