Python扩展模块中的 C API | 设置 1

Python作为一种面向对象, 解释型高级编程语言, 其广泛的应用性及自由度受到了越来越多程序员的青睐. 但是, 作为一种解释型语言, 在一些密集计算和CPU占用较高的任务上, Python间接缺少多线程,且执行效率较低. 为此, Python 在其标准库中提供了多种调用C/C++代码的方式来实现更高效的计算. 而这些调用方式的核心API便是C/C++扩展模块中的 C API.

简介

Python 中 C/C++扩展是通过扩展模块来实现的. 扩展模块是用 C 语言编写, 它们向 Python 提供新的实现, 并为 Python 解释器增加新的模块和类型. 扩展模块可以大大提高程序的效率，并具有运行时映射 Python 代码和 C 代码的灵活性. 而Python的C API提供了众多函数和宏, 用于Python对象的创建, 操作, 定义等.

C API分类

Python的C API包含了大量的宏, 函数, 结构体以及一些其他有用的定义. 其中包含了操作 Python 对象, 执行 Python 代码, 以及创建 Python 扩展类型等. C API 常见的用途有三个: 创建Python对象, 操作Python对象, 手动释放Python对象. 其中, 创建Python对象主要包括以下几个步骤:

1. 导入Python头文件.
2. 定义函数名称, 参数及返回值.
3. 创建Python对象.
4. 返回Python对象.

以下是一个简单的例子:

#include <Python.h>

static PyObject *
spam_system(PyObject *self, PyObject *args)
{
    const char *command;
    int sts;

    if (!PyArg_ParseTuple(args, "s", &command))
        return NULL;
    sts = system(command);
    return PyLong_FromLong(sts);
}

static PyMethodDef SpamMethods[] = {
    {"system",  spam_system, METH_VARARGS,
     "Execute a shell command."},
    {NULL, NULL, 0, NULL}        /* Sentinel */
};

static struct PyModuleDef spammodule = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT,
    "spam",   /* name of module */
    NULL, /* module documentation, may be NULL */
    -1,       /* size of per-interpreter state of the module,
                 or -1 if the module keeps state in global variables. */
    SpamMethods
};

PyMODINIT_FUNC
PyInit_spam(void)
{
    return PyModule_Create(&spammodule);
}

此例中实现了一个名为 "spam_system" 的函数, 该函数首先需要从 Python 中获取一个字符串参数, 并在本地执行该命令. 最后, 返回了一个整数结果. 我们已经将其导出到python中, 显式定义了返回值并设置方法函数的参数接收方式(使用METH_VARARGS), 并定义了模块名为"spam".

在初始化该模块时，我们需要使用PyModulue_create()函数将该模块定义成Python的扩展模块. 如下所示:

PyMODINIT_FUNC
PyInit_spam(void)
{
    return PyModule_Create(&spammodule);
}

结语

以上是Python扩展模块中的 C API的简介. Python 作为目前广泛使用的编程语言之一, 给用户提供了灵活多变的调用方式. 通过Python的C API, 我们可以方便快捷的在Python上使用C实现的库函数, 使得Python程序的效率提高, 并且Python也更加强大.