【文章內容簡介】 Marine Turtle 閱讀(93) 評論(0) 編輯 用C語言擴展Python的功能 Pyton和C分別有著各自的優(yōu)缺點，用Python開發(fā)程序速度快，可靠性高，并且有許多現(xiàn)成模塊可供使用，但執(zhí)行速度相對較慢；C語言則正好相反，其執(zhí)行速度快，但開發(fā)效率低。為了充分利用兩種語言各自的優(yōu)點，比較好的做法是用Python開發(fā)整個軟件框架，而用C語言實現(xiàn)其關鍵模塊。本文介紹如何利用C語言來擴展Python的功能，并輔以具體的實例講述如何編寫Python的擴展模塊。 一、簡介 Python是一門功能強大的高級腳本語言，它的強大不僅表現(xiàn)在其自身的功能上，而且還表現(xiàn)在其良好的可擴展性上，正因如此，Python已經(jīng)開始受到越來越多人的青睞，并且被屢屢成功地應用于各類大型軟件系統(tǒng)的開發(fā)過程中。 與其它普通腳本語言有所不同，Python程序員可以借助Python語言提供的API，使用C或者C++來對Python進行功能性擴展，從而即可以利用Python方便靈活的語法和功能，又可以獲得與C或者C++幾乎相同的執(zhí)行性能。執(zhí)行速度慢是幾乎所有腳本語言都具有的共性，也是倍受人們指責的一個重要因素，Python則通過與C語言的有機結合巧妙地解決了這一問題，從而使腳本語言的應用范圍得到了很大擴展。 在用Python開發(fā)實際軟件系統(tǒng)時，很多時候都需要使用C/C++來對Python進行擴展。最常見的情況是目前已經(jīng)存在一個用C編寫的庫，需要在Python語言中使用該庫的某些功能，此時就可以借助Python提供的擴展功能來實現(xiàn)。此外，由于Python從本質上講還是一種腳本語言，某些功能用Python實現(xiàn)可能很難滿足實際軟件系統(tǒng)對執(zhí)行效率的要求，此時也可以借助Python提供的擴展功能，將這些關鍵代碼段用C或者C++實現(xiàn)，從而提供程序的執(zhí)行性能。 本文主要介紹Python提供的C語言擴展接口，以及如何使用這些接口和C/C++語言來對Python進行功能性擴展，并輔以具體的實例講述如何實現(xiàn)Python的功能擴展。 二、Python的C語言接口 Python是用C語言實現(xiàn)的一種腳本語言，本身具有優(yōu)良的開放性和可擴展性，并提供了方便靈活的應用程序接口(API)，從而使得C/C++程序員能夠在各個級別上對Python解釋器的功能進行擴展。在使用C/C++對Python進行功能擴展之前，必須首先掌握Python解釋所提供的C語言接口。 Python對象(PyObject) Python是一門面向對象的腳本語言，所有的對象在Python解釋器中都被表示成PyObject，PyObject結構包含Python對象的所有成員指針，并且對Python對象的類型信息和引用計數(shù)進行維護。在進行Python的擴展編程時，一旦要在C或者C++中對Python對象進行處理，就意味著要維護一個PyObject結構。 在Python的C語言擴展接口中，大部分函數(shù)都有一個或者多個參數(shù)為PyObject指針類型，并且返回值也大都為PyObject指針。 引用計數(shù) 為了簡化內存管理，Python通過引用計數(shù)機制實現(xiàn)了自動的垃圾回收功能，Python中的每個對象都有一個引用計數(shù)，用來計數(shù)該對象在不同場所分別被引用了多少次。每當引用一次Python對象，相應的引用計數(shù)就增1，每當消毀一次Python對象，則相應的引用就減1，只有當引用計數(shù)為零時，才真正從內存中刪除Python對象。 下面的例子說明了Python解釋器如何利用引用計數(shù)來對Pyhon對象進行管理：例1:class refcount: etc.r1 = refcount() 引用計數(shù)為1r2 = r1 引用計數(shù)為2del(r1) 引用計數(shù)為1del(r2) 引用計數(shù)為0，刪除對象在C/C++中處理Python對象時，對引用計數(shù)進行正確的維護是一個關鍵問題，處理不好將很容易產(chǎn)生內存泄漏。Python的C語言接口提供了一些宏來對引用計數(shù)進行維護，最常見的是用Py_INCREF()來增加使Python對象的引用計數(shù)增1，用Py_DECREF()來使Python對象的引用計數(shù)減1。 數(shù)據(jù)類型 Python定義了六種數(shù)據(jù)類型：整型、浮點型、字符串、元組、列表和字典，在使用C語言對Python進行功能擴展時，首先要了解如何在C和Python的數(shù)據(jù)類型間進行轉化。 整型、浮點型和字符串 在Python的C語言擴展中要用到整型、浮點型和字符串這三種數(shù)據(jù)類型時相對比較簡單，只需要知道如何生成和維護它們就可以了。下面的例子給出了如何在C語言中使用Python的這三種數(shù)據(jù)類型：例2：// build an integerPyObject* pInt = Py_BuildValue(i, 2003)。assert(PyInt_Check(pInt))。int i = PyInt_AsLong(pInt)。Py_DECREF(pInt)。// build a floatPyObject* pFloat = Py_BuildValue(f, )。assert(PyFloat_Check(pFloat))。float f = PyFloat_AsDouble(pFloat)。Py_DECREF(pFloat)。// build a stringPyObject* pString = Py_BuildValue(s, Python)。assert(PyString_Check(pString)。int nLen = PyString_Size(pString)。char* s = PyString_AsString(pString)。