【Python】(附代码)入门 | 如何使用C/C++调用Python脚本

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2022-07-31 15:37

编者荐语

 

在进行 C/C++ 进行开发的时候,很多非核心的功能,可以使用 Python 进行实现,因此学习在 C/C++ 程序中如何调用 Python 程序也是非常有必要的。实现的方法有许多种,今天给大家介绍一种小编认为的最方便的方法。


文章将会介绍一种通过嵌入 Python 来丰富你的 C/C++ 应用程序的方法(Python/C API),这种方式会使您的应用程序能够在不改变程序原有功能的基础上,使用 Python 编程语言而不是 C/C++ 语言来实现应用程序的某些功能。


这种方式可以用于多种目的,主要目的是允许我们通过用 Python 编写一些脚本来根据需要定制应用程序(某些功能可以更容易地用 Python 编写)。当你嵌入 Python 时,主程序一般情况下与 Python 实现无关,应用程序的某些部分会在需要的时候调用 Python 解释器,运行一些我们编写的 Python 代码。所以,如果你需要嵌入 Python,那么你首先需要一个 C/C++ 主程序。


基本使用方法

Python 提供了一套 C API库,使得开发者能很方便地从C/ C++ 程序中调用 Python 模块,C++ 用户应该注意,尽管 API 是完全使用 C 来定义的,但头文件已将入口点声明为 extern "C",因此 API 在 C++ 中使用此 API 不必再做任何特殊处理。



具体的文档参考官方指南:

https://docs.python.org/3.9/extending/embedding.html

如果需要使用这个套API,我们需要引入一个头文件和一个库文件,以Cmake构建为例,我们需要在 CMakeLists.txt 中加入:


find_package (Python COMPONENTS Interpreter Development REQUIRED)target_include_directories(${PROJECT_NAME} PRIVATE ${Python_INCLUDE_DIRS})target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE ${Python_LIBRARIES})


Windows环境下应该是需要保证如下两个环境变量的存在(暂未测试)。



然后我们就可以在 main.cpp 中引入相应的头文件了:


#include <Python.h>


之后,主程序要做的一件事就是是初始化 Python 解释器:


Py_Initialize();


当然,既然需要初始化解释器,作为可以在 C 语言中编写的代码,我们一般还需要对它进行释放(在不需要的时候):


Py_Finalize();


现在我们变可以将需要运行的 Python 语句以字符串的形式传递给 Python 解释器:


PyRun_SimpleString("print("Hello world!")");


举个简单的栗子

此方法没办法进行数值的传递(暂不考虑转换为字符串传递,毕竟麻烦的同时接收数据也是一个大问题):

  1. 初始化Python解释器;

  2. 以字符串的形式传递代码;

  3. 释放python解释器。


代码如下:


#define PY_SSIZE_T_CLEAN#include <Python.h>
int main(int, char **){ Py_Initialize(); // 初始化python解释器 PyRun_SimpleString("import matplotlib.pyplot as plt"); // 运行python代码 PyRun_SimpleString("plt.plot([1,2,3,4], [12,3,23,231])"); PyRun_SimpleString("plt.show()"); Py_Finalize(); // 释放python解释器};


结果如下:




显然,我们成功的在 C++ 程序中调用 Python 并绘制图像并显示了出来。


常用数据类型

在python中有一句话叫做“一切皆对象”,这句话可以结合源码更好的进行理解。

在python里,一切变量、函数、类等,在解释器中执行时,都会在在堆中新建一个对象,并将名字绑定在对象上。


在 C/C++ 中,所有的 Python 类型都被声明为 PyObject ,为了能够操作 Python 的数据,Python提供了各种数据类型和 C 语言数据类型的转换操作:


PyObject *object;  // 创建python的object的指针Py_DECREF(object); // 销毁object


1.数字与字符串处理

在 Python/C API 中提供了 Py_BuildValue() 函数对数字和字符串进行转换处理,使之变成Python中相应的数据类型。


PyObject* Arg = Py_BuildValue("(i, i)", 1, 2);  //i表示创建int型变量


2.列表操作

在 Python/C API 中提供了 PyList_New() 函数用以创建一个新的 Python 列表。PyList_New() 函数的返回值为所创建的列表。


3.元组操作

在 Python/C API 中提供了 PyTuple_New() 函数,用以创建一个新的 Python 元组。PyTuple_New() 函数返回所创建的元组。


4.字典操作

在 Python/C API 中提供了 PyDict_New() 函数用以创建一个新的字典。PyDict_New() 函数返回所创建的字典。


5. cv::Mat 操作

cv::Mat应该是我们会经常使用的格式了,参考代码如下:


PyObject *cvmat2py(cv::Mat &image){    import_array();    int row, col;    col = image.cols; //列宽    row = image.rows; //行高    int channel = image.channels();    int irow = row, icol = col * channel;    npy_intp Dims[3] = {row, col, channel}; //图像维度信息    PyObject *pyArray = PyArray_SimpleNewFromData(channel, Dims, NPY_UBYTE, image.data);    PyObject *ArgArray = PyTuple_New(1);    PyTuple_SetItem(ArgArray, 0, pyArray);    return ArgArray;}


更多操作请参考:https://docs.python.org/zh-cn/3/c-api/arg.html#building-values


举个稍复杂一点的栗子

此方法可以进行进行数值的传递

  1. 初始化Python解释器;           

  2. 从C++到Python转换数据;

  3. 用转换后的数据做参数调用Python函数;

  4. 把函数返回值转换为C++数据结构;

  5. 释放python解释器。


C++代码如下:


#define PY_SSIZE_T_CLEAN#include <Python.h>#include <iostream>
int main(int, char **){   // 初始化python解释器 Py_Initialize(); if (!Py_IsInitialized()) { return -1; }
// 添加编译后文件的所在路径 PyRun_SimpleString("import sys"); PyRun_SimpleString("sys.path.append('./')");
// 要调用的python文件名 auto pModule = PyImport_ImportModule("common"); // 记得复制到编译后文件的路径下,同时不用加后缀名“.py“ if (!pModule) { std::cout << "Can't find your xx.py file."; getchar(); return -1; }
//获取模块中的函数 auto pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, "add"); //从字符串创建python函数对象
// 参数类型转换 PyObject *pArg = Py_BuildValue("ii", 1, 2);
//调用直接获得的函数,并传递参数 auto *py_result = PyEval_CallObject(pFunc, pArg);
int c_result; // 将python类型的返回值转换为C类型 PyArg_Parse(py_result, "i", &c_result); std::cout << "return: " << c_result << std::endl;};


Python代码如下(命名为 common.py):


def add(a, b):    print('a: ', a)    print('b: ', b)    return a + b


结果如下(代码中设置的 python 文件搜索路径为编译后的文件路径):



    这样比较简单的两个实现就完成了,更多操作请参考:https://docs.python.org/3.9/c-api/index.html#c-api-index


    参考资料         

    • https://blog.csdn.net/pipisorry/article/details/49532341

    • https://blog.csdn.net/qq_45401419/article/details/123562089

    • https://zhuanlan.zhihu.com/p/146874652


    —THE END—
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