Python3：与C/C++语言的混合编程

python3与C/C++语言混合编程，是一个常用的协作方式，可以结合Python3的方便及强大的库与C/C++的高效与快捷。

混合编程时C语言文件需要提供以下几部分的支持：

1. 包含Python.h，对此需要通过：sudo apt-get install python3-dev 进行安装
2. C语言的功能实现函数
3. Python的模块接口
4. Python的接口映射函数
5. Python模块的初始化函数

//func.c
 
#include     //包含Python.h头文件，以引入python的数据结构
#include 
 
#define NULL 0
 
//C语言的功能实现函数
static int do_add(int a, int b)
{
    int sum = a + b;
    printf("c call do_add, %d + %d = %d\n", a, b, sum);
    return sum;
}
 
//Python的模块接口函数
static PyObject* add(PyObject *self, PyObject *args)
{
    int a = 0, b = 0;
    if(!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &a, &b))    //通过PyArg_ParseTuple获得Python模块调用时，传递的函数参数
    {
        return NULL;
    }
    int result = do_add(a, b);                    //调用C语言功能实现函数，完成具体的功能
    return Py_BuildValue("i", result);            //构建PyObject对象作为返回值
}
 
//Python接口映射函数
/* 关于参数{ "add", (PyCFunction)add, METH_VARARGS, "add" }的说明
   第一个参数：为此模块对外提供的接口函数的名字
   第二个参数：为接口函数的函数指针
   第三个参数：一般是METH_VARARGS；
              如果想传入关键字参数，可以与MET_KEYWORDS进行或运算；
              如果不接受任何参数，可以给其赋值为METH_NOARGS
   第四个参数：函数的文档字符串，可以直接给其赋值为NULL
*/
static PyMethodDef func_methods[] = {
   { "add", (PyCFunction)add, METH_VARARGS, "add" }, 
   { NULL, NULL, 0, NULL }
};
 
//Python初始化模块所需的数据结构
static struct PyModuleDef func_module = {
   PyModuleDef_HEAD_INIT,
   "func",       /* 模块名*/
   NULL,         /* 模块文档字符串，通常为NULL */
   -1,           /* 模块每个解释器状态的大小，如果模块将状态保存在全局变量中，则为-1 */
   func_methods  /* 模块所提供的接口映射函数列表 */
};
 
//Python模块的初始化函数
PyMODINIT_FUNC PyInit_func(void)                //该函数的名称为PyInit_模块名
{
    return PyModule_Create(&func_module);       //使用数据结构func_module进行初始化
}

 除了C语言文件外，还需要一个setup.py文件，用于在编译C语文件时使用

#setup.py
#通过：sudo apt-get install python3-distutils，可以安装distutils
from distutils.core import setup, Extension
 
#name='c_func'，用于包名
#ext_modules，用于指出包内包含的模块列表
#Extension，用于描述模块名及其对应的C语言文件，还可以通过include_dirs=['aa', 'bb']设置头文件目录，libraries=['cc', 'dd']依赖库的列表
setup(name='c_func', ext_modules=[Extension('func', sources=['func.c'])])

 完成了C语言文件和setup.py后可以通过如下命令进行编译：

1. python3 setup.py build
2. python3 setup.py install
3. python3 setup.py build_ext --inplace

编译后，当前目录下会参数一个so文件，比如：

func.cpython-38-x86_64-linux-gnu.so

其中cpython-38-x86_64-linux-gnu为平台的名，可以不用关注

此时，可以被Python使用的C语言模块已经准备好，可以通过如果程序进行使用：

#fun.py
import func                    #导入模块
 
if __name__ == '__main__':
    result = func.add(1, 9)    #调用模块的接口函数add
    print(result)

python3 ./fun.py  #运行程序输出：
c call do_add, 1 + 9 = 10
10

可见Python程序成功的调用了C语言程序，实现了混合编程