扩展/嵌入常见问题-Python教程

发表时间:2020-02-19

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  • 扩展/嵌入常见问题

    • 可以使用C语言中创建自己的函数吗?

    • 可以使用C++语言中创建自己的函数吗?

    • C很难写,有没有其他选择?

    • 如何在 C 中执行任意 Python 语句?

    • 如何在 C 中对任意 Python 表达式求值?

    • 如何从Python对象中提取C的值?

    • 如何使用Py_BuildValue()创建任意长度的元组?

    • 如何从C调用对象的方法?

    • 如何捕获PyErr_Print()(或打印到stdout / stderr的任何内容)的输出?

    • 如何从C访问用Python编写的模块?

    • 如何在 Python 中对接 C ++ 对象?

    • 我使用Setup文件添加了一个模块,为什么make失败了?

    • 如何调试扩展?

    • 我想在Linux系统上编译一个Python模块,但是缺少一些文件。为什么?

    • 如何区分“输入不完整”和“输入无效”?

    • 如何找到未定义的g++符号__builtin_new或__pure_virtual?

    • 能否创建一个对象类,其中部分方法在C中实现,而其他方法在Python中实现(例如通过继承)?

可以使用C语言中创建自己的函数吗?

是的,您可以在C中创建包含函数、变量、异常甚至新类型的内置模块。在文档 扩展和嵌入 Python 解释器 中有说明。

大多数中级或高级的Python书籍也涵盖这个主题。

可以使用C++语言中创建自己的函数吗?

是的,可以使用C ++中兼容C的功能。 在Python include文件周围放置` extern“C”{...}` ,并在Python解释器调用的每个函数之前放置 extern“C” 。 具有构造函数的全局或静态C ++对象可能不是一个好主意。

C很难写,有没有其他选择?

编写自己的C扩展有很多选择,具体取决于您要做的事情。

Cython 及其相关的 Pyrex 是接受稍微修改过的Python形式并生成相应C代码的编译器。 Cython和Pyrex可以编写扩展而无需学习Python的C API。

如果需要连接到某些当前不存在Python扩展的C或C ++库,可以尝试使用 SWIG 等工具包装库的数据类型和函数。 SIP CXX Boost , 或 Weave 也是包装C ++库的替代方案。

如何在 C 中执行任意 Python 语句?

执行此操作的最高层级函数为 PyRun_SimpleString() ,它接受单个字符串参数用于在模块 __main__ 的上下文中执行并在成功时返回 0 而在发生异常 (包括 SyntaxError ) 时返回 -1 。 如果你想要更多可控性,可以使用 PyRun_String() ;请在 Python/pythonrun.c 中查看 PyRun_SimpleString() 的源码。

如何在 C 中对任意 Python 表达式求值?

可以调用前一问题中介绍的函数 PyRun_String() 并附带起始标记符 Py_eval_input ;它会解析表达式,对其求值并返回结果值。

如何从Python对象中提取C的值?

这取决于对象的类型。 如果是元组, PyTuple_Size() 可返回其长度而 PyTuple_GetItem() 可返回指定序号上的项。 对于列表也有类似的函数 PyListSize() PyList_GetItem()

对于字节串, PyBytes_Size() 可返回其长度而 PyBytes_AsStringAndSize() 提供一个指向其值和长度的指针。 请注意 Python 字节串可能为空,因此 C 的 strlen() 不应被使用。

要检测一个对象的类型,首先要确保它不为 NULL ,然后使用 PyBytes_Check() , PyTuple_Check() , PyList_Check() 等等。

还有一个针对 Python 对象的高层级 API,通过所谓的‘抽象’接口提供 —— 请参阅 Include/abstract.h 了解详情。 它允许使用 PySequence_Length() , PySequence_GetItem() 这样的调用来与任意种类的 Python 序列进行对接,此外还可使用许多其他有用的协议例如数字 ( PyNumber_Index() 等) 以及 PyMapping API 中的各种映射等等。

如何使用Py_BuildValue()创建任意长度的元组?

不可以。应该使用 PyTuple_Pack()

如何从C调用对象的方法?

可以使用 PyObject_CallMethod() 函数来调用某个对象的任意方法。 形参为该对象、要调用的方法名、类似 Py_BuildValue() 所用的格式字符串以及要传给方法的参数值:

PyObject *
PyObject_CallMethod(PyObject *object, const char *method_name,
                    const char *arg_format, ...);

这适用于任何具有方法的对象 —— 不论是内置方法还是用户自定义方法。 你需要负责对返回值进行最终的 Py_DECREF() 处理。

例如调用某个文件对象的 "seek" 方法并传入参数 10, 0 (假定文件对象的指针为 "f"):

res = PyObject_CallMethod(f, "seek", "(ii)", 10, 0);
if (res == NULL) {
        ... an exception occurred ...
}
else {
        Py_DECREF(res);
}

请注意由于 PyObject_CallObject() 总是 接受一个元组作为参数列表,要调用不带参数的函数,则传入格式为 "()",要调用只带一个参数的函数,则应将参数包含于圆括号中,例如 "(i)"。

如何捕获PyErr_Print()(或打印到stdout / stderr的任何内容)的输出?

在 Python 代码中,定义一个支持 write() 方法的对象。 将此对象赋值给 sys.stdout sys.stderr 。 调用 print_error 或者只是允许标准回溯机制生效。 在此之后,输出将转往你的 write() 方法所指向的任何地方。

做到这一点的最简单方式是使用 io.StringIO 类:

>>>
>>> import io, sys
>>> sys.stdout = io.StringIO()
>>> print('foo')
>>> print('hello world!')
>>> sys.stderr.write(sys.stdout.getvalue())
foo
hello world!

实现同样效果的自定义对象看起来是这样的:

>>>
>>> import io, sys
>>> class StdoutCatcher(io.TextIOBase):
...     def __init__(self):
...         self.data = []
...     def write(self, stuff):
...         self.data.append(stuff)
...
>>> import sys
>>> sys.stdout = StdoutCatcher()
>>> print('foo')
>>> print('hello world!')
>>> sys.stderr.write(''.join(sys.stdout.data))
foo
hello world!

如何从C访问用Python编写的模块?

你可以通过如下方式获得一个指向模块对象的指针:

module = PyImport_ImportModule("<modulename>");

如果模块尚未被导入(即它还不存在于 sys.modules 中),这会初始化该模块;否则它只是简单地返回 sys.modules["<modulename>"] 的值。 请注意它并不会将模块加入任何命名空间 —— 它只是确保模块被初始化并存在于 sys.modules 中。

之后你就可以通过如下方式来访问模块的属性(即模块中定义的任何名称):

attr = PyObject_GetAttrString(module, "<attrname>");

调用 PyObject_SetAttrString() 为模块中的变量赋值也是可以的。

如何在 Python 中对接 C ++ 对象?

根据你的需求,可以选择许多方式。 手动的实现方式请查阅 "扩展与嵌入" 文档 来入门。 需要知道的是对于 Python 运行时系统来说,C 和 C++ 并不没有太大的区别 —— 因此围绕一个 C 结构(指针)类型构建新 Python 对象的策略同样适用于 C++ 对象。

有关C ++库,请参阅 C很难写,有没有其他选择?

我使用Setup文件添加了一个模块,为什么make失败了?

安装程序必须以换行符结束,如果没有换行符,则构建过程将失败。 (修复这个需要一些丑陋的shell脚本编程,而且这个bug很小,看起来不值得花这么大力气。)

如何调试扩展?

将GDB与动态加载的扩展名一起使用时,在加载扩展名之前,不能在扩展名中设置断点。

在您的 .gdbinit 文件中(或交互式)添加命令:

br _PyImport_LoadDynamicModule

然后运行GDB:

$ gdb /local/bin/python
gdb) run myscript.py
gdb) continue # repeat until your extension is loaded
gdb) finish   # so that your extension is loaded
gdb) br myfunction.c:50
gdb) continue

我想在Linux系统上编译一个Python模块,但是缺少一些文件。为什么?

大多数打包的Python版本不包含 /usr/lib/python2. x /config/ 目录,该目录中包含编译Python扩展所需的各种文件。

对于Red Hat,安装python-devel RPM以获取必要的文件。

对于Debian,运行 apt-get install python-dev

如何区分“输入不完整”和“输入无效”?

有时,希望模仿Python交互式解释器的行为,在输入不完整时(例如,您键入了“if”语句的开头,或者没有关闭括号或三个字符串引号),给出一个延续提示,但当输入无效时,立即给出一条语法错误消息。

在Python中,您可以使用 codeop 模块,该模块非常接近解析器的行为。例如,IDLE就使用了这个。

在C中执行此操作的最简单方法是调用 PyRun_InteractiveLoop() (可能在单独的线程中)并让Python解释器为您处理输入。您还可以设置 PyOS_ReadlineFunctionPointer() 指向您的自定义输入函数。有关更多提示,请参阅 Modules/readline.c Parser/myreadline.c

但是,有时必须在与其他应用程序相同的线程中运行嵌入式Python解释器,并且不能允许 PyRun_InteractiveLoop() 在等待用户输入时停止。那么另一个解决方案是调用 PyParser_ParseString() 并测试 e.error 等于 E_EOF ,如果等于,就意味着输入不完整。这是一个示例代码片段,未经测试,灵感来自Alex Farber的代码:

#define PY_SSIZE_T_CLEAN
#include <Python.h>
#include <node.h>
#include <errcode.h>
#include <grammar.h>
#include <parsetok.h>
#include <compile.h>

int testcomplete(char *code)
  /* code should end in \n */
  /* return -1 for error, 0 for incomplete, 1 for complete */
{
  node *n;
  perrdetail e;

  n = PyParser_ParseString(code, &_PyParser_Grammar,
                           Py_file_input, &e);
  if (n == NULL) {
    if (e.error == E_EOF)
      return 0;
    return -1;
  }

  PyNode_Free(n);
  return 1;
}

另一个解决方案是尝试使用 Py_CompileString() 编译接收到的字符串。如果编译时没有出现错误,请尝试通过调用 PyEval_EvalCode() 来执行返回的代码对象。否则,请将输入保存到以后。如果编译失败,找出是错误还是只需要更多的输入-从异常元组中提取消息字符串,并将其与字符串 “分析时意外的EOF” 进行比较。下面是使用GNUreadline库的完整示例(您可能希望在调用readline()时忽略 SIGINT ):

#include <stdio.h>
#include <readline.h>

#define PY_SSIZE_T_CLEAN
#include <Python.h>
#include <object.h>
#include <compile.h>
#include <eval.h>

int main (int argc, char* argv[])
{
  int i, j, done = 0;                          /* lengths of line, code */
  char ps1[] = ">>> ";
  char ps2[] = "... ";
  char *prompt = ps1;
  char *msg, *line, *code = NULL;
  PyObject *src, *glb, *loc;
  PyObject *exc, *val, *trb, *obj, *dum;

  Py_Initialize ();
  loc = PyDict_New ();
  glb = PyDict_New ();
  PyDict_SetItemString (glb, "__builtins__", PyEval_GetBuiltins ());

  while (!done)
  {
    line = readline (prompt);

    if (NULL == line)                          /* Ctrl-D pressed */
    {
      done = 1;
    }
    else
    {
      i = strlen (line);

      if (i > 0)
        add_history (line);                    /* save non-empty lines */

      if (NULL == code)                        /* nothing in code yet */
        j = 0;
      else
        j = strlen (code);

      code = realloc (code, i + j + 2);
      if (NULL == code)                        /* out of memory */
        exit (1);

      if (0 == j)                              /* code was empty, so */
        code[0] = '\0';                        /* keep strncat happy */

      strncat (code, line, i);                 /* append line to code */
      code[i + j] = '\n';                      /* append '\n' to code */
      code[i + j + 1] = '\0';

      src = Py_CompileString (code, "<stdin>", Py_single_input);

      if (NULL != src)                         /* compiled just fine - */
      {
        if (ps1  == prompt ||                  /* ">>> " or */
            '\n' == code[i + j - 1])           /* "... " and double '\n' */
        {                                               /* so execute it */
          dum = PyEval_EvalCode (src, glb, loc);
          Py_XDECREF (dum);
          Py_XDECREF (src);
          free (code);
          code = NULL;
          if (PyErr_Occurred ())
            PyErr_Print ();
          prompt = ps1;
        }
      }                                        /* syntax error or E_EOF? */
      else if (PyErr_ExceptionMatches (PyExc_SyntaxError))
      {
        PyErr_Fetch (&exc, &val, &trb);        /* clears exception! */

        if (PyArg_ParseTuple (val, "sO", &msg, &obj) &&
            !strcmp (msg, "unexpected EOF while parsing")) /* E_EOF */
        {
          Py_XDECREF (exc);
          Py_XDECREF (val);
          Py_XDECREF (trb);
          prompt = ps2;
        }
        else                                   /* some other syntax error */
        {
          PyErr_Restore (exc, val, trb);
          PyErr_Print ();
          free (code);
          code = NULL;
          prompt = ps1;
        }
      }
      else                                     /* some non-syntax error */
      {
        PyErr_Print ();
        free (code);
        code = NULL;
        prompt = ps1;
      }

      free (line);
    }
  }

  Py_XDECREF(glb);
  Py_XDECREF(loc);
  Py_Finalize();
  exit(0);
}

如何找到未定义的g++符号__builtin_new或__pure_virtual?

要动态加载g ++扩展模块,必须重新编译Python,要使用g ++重新链接(在Python Modules Makefile中更改LINKCC),及链接扩展模块(例如: g++ -shared -o mymodule.so mymodule.o )。

能否创建一个对象类,其中部分方法在C中实现,而其他方法在Python中实现(例如通过继承)?

是的,您可以继承内置类,例如 int list dict 等。

Boost Python库(BPL,http://www.boost.org/libs/python/doc/index.html)提供了一种从C ++执行此操作的方法(即,您可以使用BPL继承自C ++编写的扩展类 )。

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