Python基础笔记系列十四：python无缝调用c程序

2022-11-13 22:08:35

　　本系列教程供个人学习笔记使用，如果您要浏览可能需要其它编程语言基础（如C语言），why?因为我写得烂啊，只有我自己看得懂！！

python语言可以对c程序代码进行调用，以弥补python语言低性能的缺点。当然，它也不是直接就可以调用，需要我们对c代码进行一些中间过程处理，其基本流程如下：

1.创建c程序功能代码
------------1.1创建.c源程序文件（py_test1.c）
------------1.2创建.h头文件(py_test1.h)
2.python类型适配，包装c代码(写包裹文件)(py_test1wrapper.c)
------------2.1.包含Python.h头文件(在python安装目录下的include目录下找到)
------------2.2.为每一个函数设置一个PyObject *Module_func()的包裹函数
------------2.3.为模块增加一个PyMethodDef ModuleMethods[]的数组
------------2.4.增加模块的初始化函数void initModule()
3.编译和测试
-------------3.1编译安装到python环境
--------------------3.1.1)创建setup.py
--------------------3.1.2)运行setup.py编译和链接c的扩展代码
-------------3.2测试
--------------------3.2.1)从Python中导入模块
--------------------3.2.2)测试

创建c程序功能代码
一、创建.c源程序文件py_test1.c
这是程序的具体功能代码，也就是python需要调用的c源程序。这里主要写了三个方法，最终我们就会实现python来调用这三个方法。

 #include<stdio.h>

 #include<stdlib.h>

 #include<string.h>

 //求阶乘

 int fac(int n) {

     if(n < 2)

         return 1;

     return n*fac(n-1);

 }

 //字符串逆序

 char *reverse(char *s) {

     //比如输入abcdefg,则返回gfedcba

     char t,*p = s ,*q = (s+strlen(s)-1);

     while(s && (p<q)) {

         t = *p;

         *p++ = *q;

         *q-- = t;

     }

     return s;

 }

 int test(void)  //测试main方法，改成普通的test方法

 //  int main(void)

 {

     char s[];

     printf("5! = %d\n",fac(5));  //5的阶乘

     printf("10! = %d\n",fac(10)); // 10的阶乘

     strcpy(s,"hello world");

     printf("reversing 'hello world',we get '%s'\n",reverse(s));

     return 0;

 }

c源程序

二、创建.h头文件py_test1.h
接下来写一个就像stdio.h这样的头文件，方面后面引用。这个文件里面主要就是声明了py_test1.c中的三个方法。

 #ifndef PYTEST1_H_

 #define PYTEST1_H_

 int fac (int n) ;

 char *reverse(char *s) ;

 int test(void) ;

 #endif

写包裹文件py_test1wrapper.c
这个包裹文件其实也是一段c语言代码，只是这一段代码比较特殊，它需要除c语言外还有一定的规则来创建它，这些规则就是python调用c定义的，必须遵循。
1.必须include包含Python.h这个头文件，可以说这里就慢慢地去靠向python了。这个头文件在python安装目录下的include目录下找到它，但我们并不需要去知道它在哪儿。
2.必须include包含py_test1.h这个头文件，这个就是上一步我们创建的那个头文件。
3.还记得我们的py_test1.c这个源程序文件吗？现在我们需要对它里面的每个方法（这里是三个）都要设置一个包裹函数，它必须以PyObject为返回值，并且每个函数都有两个必须的参数。
4.还要在这个文件里添加一个模块数组，类型必须是PyMethodDef，它用来定义方法名以及方法名与包裹函数的对应关系。
5.最后还要添加一个模块的初始化函数void initModule()，这里的函数名必须以init和模块名组成。
下面就是这个包裹文件的完整代码：

 #include "Python.h"

 #include <stdlib.h>

 #include <string.h>

 #include "py_test1.h"

 /**

  **包裹文件

 **/

 //为fac函数设置包裹函数(函数名、参数都有一定的规则，要注意)

 static PyObject *py_test1_fac(PyObject *self,PyObject *args)

 {

     int num ;

     //将python的数据类型int args通过i的方式转换成能被c识别的类型int num

     //i:表示将python的整型转成c的整型 ，其它类型可百度

     if (!PyArg_ParseTuple(args,"i",&num))

         return NULL;

     //调用c的对应函数并得到返回值，

     //然后将返回值c的数据类型int通过i的方式转换成能被python识别的类型int

     //最后强转成PyObject类型

     return (PyObject *)Py_BuildValue("i",fac(num));

 }

 //为reverse函数设置包裹函数（由于python中有reverse函数，不能使用）

 static PyObject *py_test1_doppel(PyObject *self,PyObject *args)

 {

     char *src;

     char *mstr;

     PyObject *retval;

     //s:python中str ----->C中char *

     if (!PyArg_ParseTuple(args,"s",&src))

         return NULL;

     //申请存储空间

     mstr = malloc(strlen(src) +);

     //拷贝src到mstr

     strcpy(mstr,src);

     //调用reverse方法，逆序字符串

     reverse(mstr);

     //这里把原字符串和转换后的字符串返回

     retval = (PyObject *) Py_BuildValue("ss",src,mstr);

     //释放空间

     free(mstr);

     return retval;

 }

 //为test函数设置包裹函数

 static PyObject *py_test1_test(PyObject *self,PyObject *args)

 {

     //直接调用c函数

     test();

     return (PyObject *)Py_BuildValue("");

 }

 //添加模块数组(注意是PyMethodDef,不要错写成PyMethondDef)

 //定义对应的方法名，后面Python调用的时候就用这里面的方法名调用

 static PyMethodDef py_test1Methods[] = {

     {"fac",py_test1_fac,METH_VARARGS},

     {"doppel",py_test1_doppel,METH_VARARGS},

     {"test",py_test1_test,METH_VARARGS},

     {NULL,NULL},

 };

 //模块初始化函数

 void initpy_test1(void)

 {

     Py_InitModule("py_test1",py_test1Methods);

 }

包裹文件

到此为止，准备工作可以说已经完成了，接下来就需要编译、安装上面的那些文件了，怎么编译呢？

编译、安装和测试
一、编译安装
　　1.创建setup.py文件，文件内容也很简单，主要功能就是使用python的自带模块，将包裹文件编译。
```
 #incoding:utf-8

 from distutils.core import setup,Extension

 #模块名

 MOD = 'py_test1'

 #资源（要编译和链接的代码文件）

 source = ['py_test1.c','py_test1wrapper.c']

 #调用setup函数,编译和链接

 setup(name=MOD,ext_modules=[Extension(MOD,sources=source)])
```
　　那如果运行这个setup.py 程序呢？这里就不能直接build了，需要到命令行里操作，定位要当前目录后通过命令python setup.py build来编译setup.py文件(出现各种错误，如：error: Unable to find vcvarsall.bat请看文章最后)
　　

　　2.编译完成过后，可以在当前文件目录下找到一个build文件夹，里面就是编译过后的内容了，我们也无需知道里面到底是些什么文件。编译完成我们怎么使用？别急，我们还要安装它们到python的库中，同样通过命令python setup.py install安装。
　　

这里其实就可以发现其实是往我们本地python库中安装了文件，也就是一个模块。在python安装目录下Lib目录的site-packages文件夹下。现在我们就可以使用它了。

二、测试
　　现在就可以使用python来调用最开始写的那个c程序了，别忘了要导入模块哦~
测试程序test.py:
```
 #incoding:utf-8

 import py_test1

 print help(py_test1) #查看里面都要哪些方法

 py_test1.test() #调用test函数

 print "-"*50

 print py_test1.fac(9) #调用fac()求阶乘的函数

 print py_test1.doppel("yycsetup") #调用逆序函数
```
运行输出：
```
 Help on module py_test1:

 NAME

     py_test1

 FILE

     d:\python27\lib\site-packages\py_test1.pyd

 FUNCTIONS

     doppel(...)

     fac(...)

     test(...)

 None

 5! = 120

 10! = 3628800

 reversing 'hello world',we get 'dlrow olleh'

 --------------------------------------------------

 362880

 ('yycsetup', 'putescyy')

 [Finished in 0.5s]
```
错误解决
错误提示error: Unable to find vcvarsall.bat
解决地址：其实这个错就是缺少文件vcvarsall.bat，基本解决思路就是安装VCForPython27（安装过后可能提示找不到vc）,修改python源代码（修改方法返回值）。下面这几个地址值得参考，标红的为重要解决思路。
------------https://www.cnblogs.com/yyds/p/7065637.html
------------安装VCForPython27:https://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=44266
------------升级setuptools:https://pypi.org/project/setuptools/
------------设置setuptools环境变量：https://www.cnblogs.com/fbwfbi/p/4509622.html
------------修改方法返回值：https://www.cnblogs.com/lazyboy/p/4017567.html

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