Python的 C语言扩展
Python的 C语言扩展
3.1 模块封装
利用Python解释器提供的这些接口来编写Python的C语言扩展，假设有如下一个C语言函数：
例6：example.c
/////////////// example.c ///////////////////
int fact(int n)
{
if (n <= 1)
return 1;
else
return n * fact(n - 1);
}
///////////////////////////////////////////////////////////
该函数的功能是计算某个给定自然数的阶乘，如果想在Python解释器中调用该函数，则应该首先将其实现为Python中的一个模块，这需要编写相 应的封装接口，如下所示：
例7: wrap.c
//////////////// wrap.c /////////////////////////
#include
PyObject* wrap_fact(PyObject* self, PyObject* args)
{
int n, result;
if (! PyArg_ParseTuple(args, “i:fact”, &n))
return NULL;
result = fact(n);
return Py_BuildValue(“i”, result);
}
static PyMethodDef exampleMethods[] =
{
{“fact”, wrap_fact, METH_VARARGS, “Caculate N!”},
{NULL, NULL}
};
void initexample()
{
PyObject* m;
m = Py_InitModule(“example”, exampleMethods);
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////
一个典型的Python扩展模块至少应该包含三个部分：导出函数、方法列表和初始化函数。
3.2 导出函数
要在Python解释器中使用C语言中的某个函数，首先要为其编写相应的导出函数，上述例子中的导出函数为wrap_fact。在Python的C 语言扩展中，所有的导出函数都具有相同的函数原型：
PyObject* method(PyObject* self, PyObject* args);
该函数是Python解释器和C函数进行交互的接口，带有两个参数：self和args。参数self只在C函数被实现为内联方法(built- in method)时才被用到，通常该参数的值为空(NULL)。参数args中包含了Python解释器要传递给C函数的所有参数，通常使用Python的 C语言扩展接口提供的函数PyArg_ParseTuple()来获得这些参数值。
所有的导出函数都返回一个PyObject指针，如果对应的C函数没有真正的返回值(即返回值类型为void)，则应返回一个全局的None对象 (Py_None)，并将其引用计数增1，如下所示：
PyObject* method(PyObject *self, PyObject *args)
{
Py_INCREF(Py_None);
return Py_None;
}
3.3 方法列表
方法列表中给出了所有可以被Python解释器使用的方法，上述例子对应的方法列表为：
static PyMethodDef exampleMethods[] =
{
{“fact”, wrap_fact, METH_VARARGS, “Caculate N!”},
{NULL, NULL}
};
方法列表中的每项由四个部分组成：方法名、导出函数、参数传递方式和方法描述。方法名是从Python解释器中调用该方法时所使用的名字。参数传递 方式则规定了Python向C函数传递参数的具体形式，可选的两种方式是METH_VARARGS和METH_KEYWORDS，其中 METH_VARARGS是参数传递的标准形式，它通过Python的元组在Python解释器和C函数之间传递参数，若采用METH_KEYWORD方 式，则Python解释器和C函数之间将通过Python的字典类型在两者之间进行参数传递。
3.4 初始化函数
所有的Python扩展模块都必须要有一个初始化函数，以便Python解释器能够对模块进行正确的初始化。Python解释器规定所有的初始化函 数的函数名都必须以init开头，并加上模块的名字。对于模块example来说，则相应的初始化函数为:
void initexample()
{
PyObject* m;
m = Py_InitModule(“example”, exampleMethods);
}
当Python解释器需要导入该模块时，将根据该模块的名称查找相应的初始化函数，一旦找到则调用该函数进行相应的初始化工作，初始化函数则通过调 用Python的C语言扩展接口所提供的函数Py_InitModule()，来向Python解释器注册该模块中所有可以用到的方法。
3.5 编译链接
要在Python解释器中使用C语言编写的扩展模块，必须将其编译成动态链接库的形式。下面以RedHat Linux 8.0为例，介绍如何将C编写的Python扩展模块编译成动态链接库：
$ gcc -fpic -c -I /usr/include/python2.6/ -I /usr/lib/python2.6/config/ example.c wrap.c
$ gcc -shared -o example.so example.o wrap.o
3.6 引入Python解释器
当生成Python扩展模块的动态链接库后，就可以在Python解释器中使用该扩展模块了，与Python自带的模块一样，扩展模块也是通过 import命令引入后再使用的，如下所示：
/////////////////// test.py //////////
import example
example.fact(4)
//////////////////////////////////////////
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四、结束语
作为一门功能强大的脚本语言，Python将被更加广泛地应用于各个领域。为了克服脚本语言执行速度慢的问题，Python提供了相应的C语言扩展 接口，通过将影响执行性能的关键代码用C语言实现，可以很大程度上提高用Python编写的脚本在运行时的速度，从而满足实际需要。
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