Python這些年風頭一直很盛，占據了很多領域的位置，Web、大數據、人工智能、運維均有它的身影，甚至圖形界面做的也很順，乃至full-stack這個詞語剛出來的時候，似乎就是為了描述它。

Python雖有GIL的問題導致多線程無法充分利用多核，但后來的multiprocess可以從多進程的角度來利用多核，甚至affinity可以綁定具體的CPU核，這個問題也算得到解決。雖基本為全棧語言，但有的時候為了效率，可能還是會去考慮和C語言混編。

混編是計算機里一個不可回避的話題，涉及的東西很多，技術、架構、團隊情況、管理、客戶等各個環節可能對其都有影響，混編這個問題我想到時候再開一貼專門討論。本文只講python和C混編的方式，大致有如下幾種方式（本文背景是linux，其他平臺可以類比）：

共享庫

使用C語言編譯產生共享庫，然后python使用ctype庫里的cdll來打開共享庫。

舉例如下，C語言代碼為

/* func.c */ int func(int a) {return a*a; }

python代碼為

''' 遇到問題沒人解答？小編創建了一個Python學習交流QQ群：857662006 尋找有志同道合的小伙伴，互幫互助,群里還有不錯的視頻學習教程和PDF電子書！ ''' #!/usr/bin/env python #test_so.py from ctypes import cdll import osp = os.getcwd() + '/libfunc.so' f = cdll.LoadLibrary(p) print f.func(99)

測試如下

$ gcc -fPIC -shared func.c -o libfunc.so $ ./test_so.py 9801

subprocess

C語言設計一個完整的可執行文件，然后python通過subprocess來執行該可執行文件，本質上是fork+execve。

舉例如下，C語言代碼為

/* test.c */ #include <stdio.h> int func(int a) {return a*a; }int main(int argc, char **argv) {int x;sscanf(argv[1], "%d", &x);printf("%d\n", func(x));return 0; }

Python代碼為

#!/usr/bin/env python # test_subprocess.py import os import subprocesssubprocess.call([os.getcwd()+'/a.out', '99'])

測試如下

$ gcc test.c -o a.out $ ./test_subprocess.py 9801

C語言中運行python程序

C語言使用popen/system或者直接以系統調用級fork+exec來運行python程序也是一種混編的手段了。

舉例如下，Python代碼如下

#!/usr/bin/env python # test.py import sys x = int(sys.argv[1]) print x*x

C語言代碼如下

/* test.c */ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() {FILE *f;char s[1024];int ret;f = popen("./test.py 99", "r");while((ret=fread(s,1,1024,f))>0) {fwrite(s,1,ret,stdout);}fclose(f);return 0; }

測試如下

$ gcc test.c $ ./a.out 9801

python對C語言擴展的支持

很多編程語言都為C語言擴展添加了支持，這有兩種原因：(1)語言設計之初，可以充分的利用C語言已有的庫來做很多擴展；(2)C語言的運行效率高。

python也不例外，從誕生那天起，很多庫都是C語言寫的。python的C語言擴展中涉及到python的數據結構與C語言的對應，擴展方法其實是用C語言編寫一個共享庫，只是這個共享庫中的接口是一個規范的，可以被python識別的。

為了說明如何擴展，我這里先假設一個在python下的函數功能，代碼如下

def func(*a):res=1for i in range(len(a)):res *= sum(a[i])return res

如上，希望的函數功能是，參數是任意多個數字組成的列表（姑且排除其他數據結構），返回每個列表的元素之和的乘積。

姑且先把python代碼寫了，如下所示

''' 遇到問題沒人解答？小編創建了一個Python學習交流QQ群：857662006 尋找有志同道合的小伙伴，互幫互助,群里還有不錯的視頻學習教程和PDF電子書！ ''' #!/usr/bin/env python # test.py import colindef func(*a):res=1for i in range(len(a)):res *= sum(a[i])return resa = [1,2,3] b = [4,5,6] c = [7,8] d = [9] e = [10,11,12,13,14]f = colin.func2(99) g = colin.func3(a,b,c,d,e) h = func3(a,b,c,d,e) print "f = ",f print "g = ",g print "h = ",h

帶上之前一直測試的平方func，這個實現相對簡單，希望python寫出來的func可以和C語言擴展出來的結果一致。

先用C語言寫上這些函數的實現，其中func3用上了一個表示任意多個任意長的數組的數據結構y_t,而x_t用來表示單個數組。

/* colin.h */ #ifndef Colin_h #define Colin_h typedef struct {int *a;int len; } x_t; typedef struct {x_t *ax;int len; } y_t; int func2(int a); int func3(y_t *p); void free_y_t(y_t *p); #endif /* colin.c */ #include "colin.h" #include <stdlib.h>int func2(int a) {return a*a; }int func3(y_t *p) {int result;int sum;int i, j;result = 1;for(i=0;i<p->len;i++) {sum = 0;for(j=0;j<p->ax[i].len;j++)sum += p->ax[i].a[j];result *= sum;}return result; }void free_y_t(y_t *p) {int i;for(i=0;i<p->len;i++) {free(p->ax[i].a);}free(p->ax); }

上面定義了三個函數，func2代表平方，func3代表之前所說的功能，又因y_t這個結構可能都是動態分配出來的，所以給個歸還內存的方法。

剛才說過python擴展的話，需要把這個共享庫的接口“標準化”一下。于是我們就包裝一下，并給個python加載的入口。

/* wrap.c */ #include <Python.h> #include <stdlib.h> #include "colin.h" PyObject* wrap_func2(PyObject* self, PyObject* args) {int n, result;/* 從參數列表中導出一個整形，用"i" */if (!PyArg_ParseTuple(args, "i", &n))return NULL;/* 用C語言的庫實現來計算 */result = func2(n);/* 計算結果必須要導成python識別的類型 */return Py_BuildValue("i", result); }PyObject* wrap_func3(PyObject* self, PyObject* args) {int n, result;int i, j;int size, size2;PyObject *p,*q;y_t *y;y = malloc(sizeof(y_t));/* 先數數有多少個參數，也就是列表的個數 */size = PyTuple_Size(args);/* 把數組的個數先分配了 */y->len = size;y->ax = malloc(sizeof(x_t)*size);/* 遍歷python里各個列表(參數) */for(i=0;i<size;i++) {/* 先獲得第i個參數，是一個列表 */p = PyTuple_GetItem(args, i);/* 獲得列表的長度 */size2 = PyList_Size(p);/* 為數組分配好空間 */y->ax[i].len = size2;y->ax[i].a = malloc(sizeof(int)*size2);/* 遍歷列表，依次把列表里的數轉到數組里 */for(j=0;j<size2;j++) {q = PyList_GetItem(p, j);PyArg_Parse(q,"i",&y->ax[i].a[j]);}}/* 用C語言的庫實現來計算 */result = func3(y);free_y_t(y);free(y);/* 結果轉成python識別格式 */return Py_BuildValue("i", result); }/* 這是接口列表，加載時是只加載此列表的地址，所以這個數據結構不能放棧（局部變量）內，會被清掉 */ static PyMethodDef colinMethods[] = {{"func2", wrap_func2, METH_VARARGS, "Just a test"},{"func3", wrap_func3, METH_VARARGS, "Just a test"},{NULL, NULL, METH_NOARGS, NULL} };/* python加載的時候的接口 */ /* 注意，既然庫名叫colin,此函數必須交initcolin */ void initcolin() {PyObject *m;m = Py_InitModule("colin", colinMethods); }

過程中，我猜測PyArg_VaParse應該功能更為強大，可是反復測沒有成功，也沒細看文檔。

測試一下

$ gcc -I /usr/include/python2.7/ -fPIC -shared colin.c wrap.c -o colin.so $ ./test.py f = 9801 g = 729000 h = 729000

可以看到，C語言寫的函數和python寫的函數結果一致。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的python和C语言互相调用的几种方式的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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