python的c語言擴展方法簡介

原文地址：［http://www.isnowfy.com/introduction-to-python-c-extension/］

python是一門很是方便的動態語言，不少你用c或者java要不少行的代碼，可能python幾行就搞定了，因此python社區一直有個口號 「人生苦短，我用python」，可是方便至於，也帶來速度上的問題。python最被人詬病的就是程序的運行速度了，因此結合c的快速和python的 方便，就誕生了不少解決方案。首先注意到python就是c寫成的，因此最根本的解決方案就是利用原生的python c api來寫c程序，而後編譯成連接庫文件（linux下就是so文件），而後在python中直接調用，並且其餘的解決方案也基本是圍繞這個思路，只不過 替你作了不少重複的工做。此次主要是簡要介紹下python c api，swig,sip，ctypes，cython，cffi的使用。

python c api

首先來看最原始的就是使用python c api了。

1. #include <Python.h>

2.  

3. static PyObject* add(PyObject* self, PyObject* args){

4.     int a = 0;

5.     int b = 0;

6.     if(!PyArg_ParseTuple(args, "i|i", &a, &b))

7.         return NULL;

8.     return Py_BuildValue("i", a+b);

9. }

10.  

11. static PyObject* sub(PyObject* self, PyObject* args){

12.     int a = 0;

13.     int b = 0;

14.     if(!PyArg_ParseTuple(args, "i|i", &a, &b))

15.         return NULL;

16.     return Py_BuildValue("i", a-b);

17. }

18.  

19. static PyMethodDef addMethods[]={

20.     {"add", add, METH_VARARGS},

21.     {"sub", sub, METH_VARARGS},

22.     {NULL, NULL, 0, NULL}

23. };

24.  

25. void initmytest(){

26.     Py_InitModule("mytest", addMethods);

27. }

首先是引入Python.h這個頭文件，因此編譯的時候要注意引入python的庫，python中的對象在c中都是用PyObject來表示的， 程序中定義了add和sub兩個方法，而後編寫init函數，名字注意是init加上你的module的名字，而後調用Py_InitModule函數來 告訴python你定義的函數有哪些。而後就是把他編譯成so文件。

1. gcc mytest.c -shared -lpython2.7 -L /usr/lib/python2.7/ -I /usr/include/python2.7/ -o mytest.so

這樣你就能夠在python中import mytest這樣引用，用法就和用其餘python的模塊同樣了。

swig

首先要說明的是swig能夠進行不少語言的調用轉換，不止是可讓python調用c。swig和sip都被稱做wrapper，就是說他對你的原 有函數進行了包裝。看到以前用python c api的方式裏，咱們必須嚴格按照python c api的方式來寫代碼，破壞了原有c程序的可讀性，因而wrapper的思想就是把原生c程序包裝成python c api那種方式的代碼，再去生成so文件。所以咱們要作的是首先寫c文件。

1. int add(int a, int b){

2.     return a+b;

3. }

4. int sub(int a, int b){

5.     return a-b;

6. }

而後再去寫一個swig格式的接口文件。

1. %module mytest

2. %{

3. extern int add(int a, int b);

4. extern int sub(int a, int b);

5. %}

6.  

7. extern int add(int a, int b);

8. extern int sub(int a, int b);

而後就能夠運行swig，他會自動生成python c api寫的代碼，而且會自動編譯出so文件來調用。

sip

來看sip，sip是swig發展而來是方便python調用c的，因此基本使用方式都是差很少，只不過接口文件略有差別。

1. %Module(name=mytest, language="C")

2. int add(int a, int b);

3. int sub(int a, int b);

ctypes

ctypes提供了另外的思路來調用c程序。首先ctypes是python的標準庫，因此若是用ctypes你不須要額外的其餘的東西。 ctypes讓你能夠在python直接寫代碼加載c的連接庫so文件來調用，就是說若是你用so文件而沒有源文件的話，你仍然能夠用ctypes去調 用。

1. from ctypes import *

2.  

3. f = 'mytest.so'

4. cdll.LoadLibrary(f)

5. api = CDLL(f)

6. api.add.argtypes = [c_int, c_int]

7. api.add.restype = c_int

8. api.sub.argtypes = [c_int, c_int]

9. api.sub.restype = c_int

10.  

11. print api.add(3, 2)

12. print api.sub(3, 2)

有點像在python中去寫接口文件，因爲是python的標準庫，因此這種方式用的仍是蠻多的。

cython

cython的方法呢是利用相似python的語法來寫調用c程序的接口,而且能夠同時方便的地用c函數和python函數。看代碼理解。

1. int sub(int a, int b){

2.     return a-b;

3. }

咱們能夠有一些c寫成的代碼。

1. cdef extern from 'test.c':

2.     int sub(int a, int b)

3.  

4. def add(int a, int b):

5.     return a+b

6.  

7. def mysub(a, b):

8.     return sub(a, b)

而後在cython中咱們既能夠引入c文件調用c文件中的函數，也能夠去調用python中的函數，調用cython程序會把他變成純正的c文件，而後編譯成so文件就可使用了。

from cffi import FFI
ffi = FFI()
ffi.cdef("""
int add(int a, int b);
int sub(int a, int b);
""")
lib = ffi.verify('#include "mytest.c"')
print lib.add(1,2)

最後是cffi，cffi相似於ctypes直接在python程序中調用c程序，可是比ctypes更方便不要求編譯成so再調用，注意到上面的 全部方式都是須要去編譯成so文件後再在python中調用，而cffi容許你直接調用c文件來使用裏面的函數了，爲何這麼神奇呢，實際上是cffi在解 釋過程當中才幫你把c編譯爲so文件的。。。

而後基本就是這樣了，最後給個人感受就是：基本上原生的python c api的寫法最麻煩了，可是一些須要高級用法的話仍是這個更容易控制；方便一點的就是用wrapper；ctypes好處是，他是python的標準模塊 而且不須要另外寫其餘的額外程序(接口程序之類的)；cython好處就是能夠方便的同時調用c函數和python函數，而且是類python語法，用起 來很方便；CFFI好處是調用c更加方便，不用編譯 so。最後本文只是對各類用法簡單的介紹，並無深刻的對各類用法的優缺點進行比較，所以若是想了解更多內容仍是去看官方文檔吧。。。