征服python

第8章Python扩展和嵌入由于Python是解释性的脚本语言，执行速度较慢。在某些需要提高脚本执行效率的情况下，可以考虑扩展Python，用C/C++来完成对效率要求高的部分。另外，由于Python功能强大，完全可以将其嵌入到C/C++中，以简化程序，减少代码。8.1扩展PythonPython提供了支持C/C++接口，可以方便地使用C/C++来扩展Python。用C/C++编写的Python扩展主要用于完成底层的系统操作，以及提高执行速度等。8.1.1扩展概述Python提供了接口API，通过使用API函数可以编写Python扩展。在Windows下可以使用VC来编译Python扩展。在UNIX和Linux下则可以使用gcc来编译。1．设置编程环境使用VC时需要设置一些头文件以及库文件的包含目录。如果使用VC++6.0，则设置过程如下所示。（1）单击【Tools】|【Options】命令，弹出如图8-1所示的对话框。（2）单击【Directories】标签，选择【Showdirectoriesfor】下拉列表框中的【Includefiles】项，将Python安装目录下的INCLUDE目录添加到【Directories】列表中，如图8-2所示。（3）选择【Showdirectoriesfor】下拉列表框中的【Libraryfiles】项，将Python安装目录下的LIBS目录添加到【Directories】列表中，如图8-3所示。（4）单击【OK】按钮完成操作。如果使用VisualStudio2005，则设置过程如下所示。（1）单击【工具】|【选项】命令，弹出如图8-4所示的对话框。（2）双击左侧列表树中的【项目和解决方案】项，选择【VC++目录】项，如图8-5所示。（3）选择【显示以下内容的目录】下拉列表框中的【包含文件】项，将Python安装目录下的include目录添加到列表中，如图8-6所示。图8-1Options对话框图8-2添加头文件图8-3添加库文件图8-4选项对话框图8-5设置VC++目录图8-6添加头文件（4）选择【显示以下内容的目录】下拉列表框中的【库文件】项，将Python安装目录下的libs目录添加到列表中，如图8-7所示。（5）单击【确定】按钮完成操作。图8-7添加库文件2．创建工程在VisualC++6.0中创建Python扩展过程如下所示。（1）单击【File】|【New】命令，弹出创建工程对话框。单击【Projects】标签，选择左侧列表中的【Win32Dynamic-LinkLibrary】项，在【Projectname】文本框中输入工程名“myext”，如图8-8所示。（2）单击【OK】按钮，弹出如图8-9所示的工程设置对话框。选中【AnemptyDLLproject.】单选框。图8-8创建工程对话框图8-9工程设置对话框（3）单击【Finish】按钮弹出如图8-10所示的确认对话框。单击【OK】按钮完成工程创建。（4）单击【File】|【New】命令弹出创建文件对话框，单击【Files】标签。选择左侧列表中的【C++SourceFile】项，在【File】文本框中输入文件名“myext.c”，如图8-11所示。图8-10确认对话框图8-11添加文件（5）单击【OK】按钮，在“myext.c”中添加如下内容。#include#includePyObject*show(PyObject*self,PyObject*args){char*message;constchar*title=NULL;HWNDhwnd=NULL;intr;if(!PyArg_ParseTuple(args,iss,&hwnd,&message,&title))returnNULL;r=MessageBox(hwnd,message,title,MB_OK);returnPy_BuildValue(i,r);}staticPyMethodDefmyextMethods[]={{show,show,METH_VARARGS,showamessagebox},{NULL,NULL}};PyMODINIT_FUNCinitmyext(){PyObject*mod;mod=Py_InitModule(myext,myextMethods);}（6）单击【Project】|【Settings】命令，弹出如图8-12所示的工程设置对话框。（7）选择【SettingsFor】下拉列表框中的【Win32Release】项。单击【Link】标签，将【Outpubfilename】文本框中的“Release/myext.dll”改为“Release/myext.pyd”，如图8-13所示。图8-12工程设置对话框图8-13设置Link选项（8）单击【C/C++】标签，选择【Category】下拉列表框中的【CodeGeneration】项，选择【Userun-timelibrary】下拉列表框中的【MultithreadedDLL】项，如图8-14所示。（9）单击【OK】按钮完成工程设置。（10）单击【Build】|【BatchBuild】命令，弹出如图8-15所示的对话框，将【myext-Win32Debug】单选框前的勾去掉。单击【Build】按钮生成Python扩展。图8-14设置C/C++选项图8-15编译工程编译完成后将在工程目录下的Release目录中生成“myext.pyd”文件，其为所编写的Python扩展。编写“usemyext.py”调用“myext.pyd”中的函数。代码如下所示。#-*-coding:utf-8-*-#file:usemyext.py#importmyext#导入myext模块printmyext.show(0,'ExtendPython','Python')#调用show函数脚本运行后如图8-16所示。由于Python官方的安装程序中不包含debug版的库文件，不能生成debug版的Python扩展，因此上述设置都是针对release版。如果需要生成debug版的Python扩展，则需要自己编译Python生成debug版的库文件。另外，使用VisualStudio2005编译Python扩展与上述过程类似，这里不再赘述。图8-16使用Python扩展8.1.2程序详解一般的Python扩展程序中应包含以下3部分内容。1．初始化函数初始化函数是必须的，用于Python解释器对模块进行正确的初始化。初始化函数的函数名必须以init开头，并加上模块的名字。例如上节中初始化函数的函数名为“initmyext”，其中“myext”为模块名。函数“initmyext”代码如下所示。PyMODINIT_FUNCinitmyext(){PyObject*mod;mod=Py_InitModule(myext,myextMethods);}其中PyMODINIT_FUNC为Python头文件中定义的宏，在Windows下其相当于_declspec(dllexport)void，即将initmyext声明为void型，并且将其设为DLL文件的导出函数。初始化函数中的Py_InitModule函数，其函数原型如下所示。PyObject*Py_InitModule(char*name,PyMethodDef*methods)其参数含义如下。•name：模块名。•methods：方法列表。2．方法列表方法列表中包含了Python扩展中的所有可以调用的函数方法。方法列表应该被声明为“staticPyMethodDef”。上一节实例中的方法列表如下所示。staticPyMethodDefmyextMethods[]={{show,show,METH_VARARGS,showamessagebox},{NULL,NULL}};每一个函数方法对应于方法列表中的由大括号包围的一项。大括号中由4部分组成，模块中的方法名，与之对应的Python扩展中的函数名、函数调用方法，以及方法描述。其中函数调用方法应该为“METH_VARARGS”或者“METH_VARARGS|METH_KEYWORDS”。也可以将函数调用方法设置为0。方法列表应该以由两个NULL组成的一项来表示结束。3．函数实现方法列表中包含了模块中方法对应的C语言函数实现。在Python扩展中所有的函数都应该被声明为“PyObject*”型，每个函数都应当含有两个“PyObject*”型的参数。在上一节的实例中，模块方法的实现函数如下所示。PyObject*show(PyObject*self,PyObject*args){char*message;constchar*title=NULL;HWNDhwnd=NULL;intr;if(!PyArg_ParseTuple(args,iss,&hwnd,&message,&title))returnNULL;r=MessageBox(hwnd,message,title,MB_OK);returnPy_BuildValue(i,r);}其中参数self只有在函数为Python的内置方法时才被使用，其余情况下self为一个空指针。参数args为在Python中向方法传递的参数。如果在方法列表中指定的函数调用方法为“METH_VARARGS”，则在函数中使用PyArg_ParseTuple处理参数。如果在方法列表中指定的函数调用方法为“METH_VARARGS|METH_KEYWORDS”，则应该使用PyArg_ParseTupleAndKeywords处理参数。其中PyArg_ParseTuple的函数原型如下所示。intPyArg_ParseTuple(PyObject*args,constchar*format,...)其参数含义如下。•args：传递的参数。•format：参数类型描述。PyArg_ParseTuple为可变参数函数，其后的参数即在函数中接受Python中传递参数的变量。在上述的show函数中，要使用3个参数，分别为hwnd、message、title。在PyArg_ParseTuple中将其作为参数，使用“&”向hwnd、message、title传递值，即将Python向show方法传递的参数依次赋值给hwnd、message、title。PyArg_ParseTuple函数中的format参数指定了其后参数的类型，在show函数中format参数为“iss”表示hwnd为整型，message和title为字符串。常见的指定参数类型的字符如表8-1所示。表8-1常见的指定参数类型的字符格式化字符C数据类型Python类型schar*字符串s#char*,int字符串及长度zchar*与s相同，但可以为NULL续表格式化字符C数据类型Python类型z#char*,int与s#相同，但可以为NULLiint长整型llongint长整型cchar单个字符的字符串ffloat双精度型ddouble双精度型8.1.3在Python扩展中使用MFC在Windows下使用MFC可以方便地进行GUI编程。MFC对基本的SDKAPI函数进行了封装，使用更为简便。在PythonWin中提供了部分MFC中的函数。在Python扩展中使用MFC与上一节中的例子有不同的地方。此处给出一个在Python扩展中使用MFC创建一个对话框的例子。整个过程如下所示。（1）单击【File】|【New】命令，弹出创建工程对话框。单击【Projects】标签，选择左侧列表中的【MFCAppWizard(dll)】项，在【Projectname】文本框中输入工程名“UseMFC”，如图8-17所示。（2）单击【OK】按钮，弹出如图8-18所示的工程设置对话框。选中【RegularDLLusingsharedMFCDLL】单选框，使用动态链接方式。该方式需要MFCDLL的支持，如果选中【RegularDLLwithMFCstat