扩展/嵌入常见问题解答 — Python 文档
扩展/嵌入常见问题
内容
- 扩展/嵌入常见问题
- 我可以在 C 中创建自己的函数吗？
- 我可以在 C++ 中创建自己的函数吗？
- 写 C 很难； 有没有其他选择？
- 如何从 C 执行任意 Python 语句？
- 如何从 C 评估任意 Python 表达式？
- 如何从 Python 对象中提取 C 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()（或任何打印到 stdout/stderr 的内容）的输出？
- 如何从 C 访问用 Python 编写的模块？
- 如何从 Python 连接到 C++ 对象？
- 我使用 Setup 文件添加了一个模块，但 make 失败； 为什么？
- 如何调试扩展？
- 我想在我的 Linux 系统上编译一个 Python 模块，但缺少一些文件。 为什么？
- 如何从“无效输入”中区分“不完整输入”？
- 如何找到未定义的 g++ 符号 __builtin_new 或 __pure_virtual？
- 我可以使用 C 中实现的一些方法和 Python 中的其他方法创建一个对象类吗（例如 通过继承）？
我可以在 C 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。 这在文档 扩展和嵌入 Python 解释器 中进行了解释。
大多数中级或高级 Python 书籍也将涵盖这个主题。
我可以在 C++ 中创建自己的函数吗？
是的，使用 C++ 中的 C 兼容性功能。 将 extern "C" { ... } 放在 Python 包含文件周围，并将 extern "C" 放在 Python 解释器将要调用的每个函数之前。 带有构造函数的全局或静态 C++ 对象可能不是一个好主意。
写 C 很难； 有没有其他选择？
编写自己的 C 扩展有多种替代方法，这取决于您要尝试做什么。
Cython 及其相关的 Pyrex 是接受稍微修改的 Python 形式并生成相应 C 代码的编译器。 Cython 和 Pyrex 使无需学习 Python 的 C API 即可编写扩展成为可能。
如果您需要连接一些当前不存在 Python 扩展的 C 或 C++ 库，您可以尝试使用诸如 SWIG 之类的工具包装库的数据类型和函数。 SIP、CXX Boost 或 Weave 也是包装 C++ 库的替代方法。
如何从 C 执行任意 Python 语句？
执行此操作的最高级别函数是 PyRun_SimpleString()，它需要在模块 __main__ 的上下文中执行单个字符串参数，并返回 0 以表示成功和-1 发生异常时（包括 SyntaxError）。 如果你想要更多的控制，使用 PyRun_String(); 请参阅 Python/pythonrun.c 中 PyRun_SimpleString() 的源代码。
如何从 Python 对象中提取 C 值？
这取决于对象的类型。 如果是元组，则 PyTuple_Size() 返回其长度，而 PyTuple_GetItem() 返回指定索引处的项目。 列表具有类似的功能，PyListSize() 和 PyList_GetItem()。
对于字节，PyBytes_Size() 返回其长度，PyBytes_AsStringAndSize() 提供指向其值和长度的指针。 请注意，Python 字节对象可能包含空字节，因此不应使用 C 的 strlen()。
要测试对象的类型，首先确保它不是 NULL，然后使用 PyBytes_Check(), PyTuple_Check(), PyList_Check( ) 等
还有一个 Python 对象的高级 API，它由所谓的“抽象”接口提供——阅读 Include/abstract.h 了解更多细节。 它允许使用 PySequence_Length()、PySequence_GetItem() 等调用与任何类型的 Python 序列进行交互。 以及许多其他有用的协议，例如数字（PyNumber_Index() 等）和 PyMapping API 中的映射。
如何从 C 调用对象的方法？
PyObject_CallMethod() 函数可用于调用对象的任意方法。 参数是对象、要调用的方法的名称、与 Py_BuildValue() 一起使用的格式字符串以及参数值：
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——无论是内置的还是用户定义的。 您最终要对返回值 Py_DECREF() 负责。
例如，调用一个文件对象的“seek”方法，参数为 10, 0（假设文件对象指针是“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() always 需要参数列表的元组，调用没有参数的函数，传递“()”作为格式，并调用带有一个的函数参数，将参数括在括号中，例如 “（一世）”。
如何捕获 PyErr_Print()（或任何打印到 stdout/stderr 的内容）的输出？
在 Python 代码中，定义一个支持 write() 方法的对象。 将此对象分配给 sys.stdout 和 sys.stderr。 调用 print_error，或者只允许标准回溯机制工作。 然后，输出将转到您的 write() 方法发送的任何地方。
最简单的方法是使用 io.StringIO 类：
>>> import io, sys
>>> sys.stdout = io.StringIO()
>>> print('foo')
>>> print('hello world!')
>>> sys.stderr.write(sys.stdout.getvalue())
foo
hello world!执行相同操作的自定义对象如下所示：
>>> 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？
你可以得到一个指向模块对象的指针，如下所示：
module = PyImport_ImportModule("<modulename>");如果模块尚未导入（即 它尚未出现在 sys.modules) 中，这会初始化模块； 否则它只是返回 sys.modules["<modulename>"] 的值。 请注意，它不会将模块输入任何命名空间——它只是确保它已被初始化并存储在 sys.modules 中。
然后您可以访问模块的属性（即 模块中定义的任何名称）如下：
attr = PyObject_GetAttrString(module, "<attrname>");调用 PyObject_SetAttrString() 来分配给模块中的变量也有效。
如何从 Python 连接到 C++ 对象？
根据您的要求，有多种方法。 要手动执行此操作，请先阅读 “扩展和嵌入”文档 。 意识到对于 Python 运行时系统，C 和 C++ 之间没有太多区别——因此围绕 C 结构（指针）类型构建新 Python 类型的策略也适用于 C++ 对象。
对于 C++ 库，请参阅 编写 C 很难； 有没有其他选择？。
我使用 Setup 文件添加了一个模块，但 make 失败； 为什么？
安装程序必须以换行符结束，如果那里没有换行符，则构建过程失败。 （修复这个问题需要一些丑陋的 shell 脚本黑客，而且这个错误很小，似乎不值得付出努力。）
如何调试扩展？
将 GDB 与动态加载的扩展一起使用时，在加载扩展之前，您无法在扩展中设置断点。
在您的 .gdbinit 文件中（或以交互方式），添加以下命令：
br _PyImport_LoadDynamicModule
然后，当您运行 GDB 时：
$ 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
我想在我的 Linux 系统上编译一个 Python 模块，但缺少一些文件。 为什么？
大多数打包版本的 Python 不包含 /usr/lib/python2.x/config/ 目录，该目录包含编译 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。
如何从“无效输入”中区分“不完整输入”？
有时你想模拟 Python 交互式解释器的行为，当输入不完整时它会给你一个继续提示（例如 您输入了“if”语句的开头，或者您没有关闭括号或三重字符串引号），但是当输入无效时，它会立即为您提供语法错误消息。
在 Python 中，您可以使用 codeop 模块，它足以近似解析器的行为。 例如，IDLE 使用这个。
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。 您还可以将 PyOS_ReadlineFunctionPointer() 设置为指向您的自定义输入函数。 有关更多提示，请参阅 Modules/readline.c 和 Parser/myreadline.c。
但是，有时您必须在与其余应用程序相同的线程中运行嵌入式 Python 解释器，并且您不能允许 PyRun_InteractiveLoop() 在等待用户输入时停止。 一种解决方案是调用 PyParser_ParseString() 并测试 e.error 等于 E_EOF，这意味着输入不完整。 这是一个未经测试的示例代码片段，其灵感来自 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。 如果编译没有错误，请尝试通过调用 PyEval_EvalCode() 来执行返回的代码对象。 否则保存输入以备后用。 如果编译失败，通过从异常元组中提取消息字符串并将其与字符串“解析时意外的 EOF”进行比较，找出是错误还是需要更多输入。 这是一个使用 GNU readline 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，您必须重新编译 Python，使用 g++ 重新链接它（更改 Python Modules Makefile 中的 LINKCC），并使用 g++ 链接您的扩展模块（例如，g++ -shared -o mymodule.so mymodule.o）。
我可以使用 C 中实现的一些方法和 Python 中的其他方法创建一个对象类吗（例如 通过继承）？
是的，您可以从内置类继承，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++（即 您可以从使用 BPL 用 C++ 编写的扩展类继承）。
