python直接呼叫和使用swig法方呼叫c++庫

2022-03-04 13:01:28

c++運算速度快於python，python簡單易寫。很多時候對於已有的c++程式碼也不想用python重寫，此時就自然而然地想到用python呼叫c或者c++，兩全其美。
然而根據這些部落格的說法，python只能實現c的呼叫，如果需要呼叫c++，還需要對c++程式碼進行額外的處理。

首先是python呼叫c程式碼：

//gcc -g -o libpycall_c.so -shared -fPIC pycall_c.c
#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
int foo(int a, int b) 
{ 
  printf("you input %d and %dn", a, b); 
  return a+b; 
}

此處一定要用gcc進行編譯，，如果用g++就搞成c++了，python不能直接呼叫c++！（我在這裡報錯了很久，因為我用的是g++）

import ctypes 
lib = ctypes.CDLL("./libpycall_c.so")   
lib.foo(1, 3) 
print '***finish***'

可見python呼叫c的方式還是很直接的。當呼叫c++時，使用g++編譯生成C動態庫的程式碼中的函數或者方法，需要使用extern “C”來進行編譯。

//g++ -g -o libpycall.so -shared -fPIC pycall.c
#include <iostream>
using namespace std;
int foo(int a, int b){
    cout << "the number you input:" << a << "t" << b << endl;
    return a + b;
}
extern "C" {
   int foo_(int a, int b){
       foo(a, b);  
    }
}

對應的python程式碼：

import ctypes 
lib = ctypes.CDLL("./libpycall.so")   
lib.foo_(1, 3) 
print '***finish***'

更高階一點，c++定義一個類，通過python呼叫c++類的方法。

首先寫一個c++類：

//g++ -g -o libpycall.so -shared -fPIC -std=c++11 pycall.cpp
#include <iostream>

using namespace std;

class TestLib{
    private:
        int number = 0;

    public:
        void set_number(int num){
            number = num;
        }
        int get_number(){
            return number;
        }
}; 

extern "C" {
    TestLib obj;
    int get_number(){
        return obj.get_number();
    }
    void set_number(int num){
        obj.set_number(num);
    }
}

然後是python呼叫：

import ctypes

lib = ctypes.CDLL("./libpycall.so")
print lib.get_number()  #0
lib.set_number(10)
print lib.get_number()   #10

swig

Swig是一種軟體開發工具，能讓一些指令碼語言呼叫C/C++語言的介面。它實現的方法是，通過編譯程式將C/C++的宣告檔案(.i檔案)編譯成C/C++的包裝器原始碼(.c或.cxx)。通過直接呼叫這樣的包裝器介面，指令碼語言可以間接呼叫C/C++語言的程式介面。SWIG支援的語言有：Perl, Python, Tcl, Ruby, Guile, and Java。

假如有這樣一段C的程式碼，檔名為example.c：

/* File : example.c */

double  My_variable  = 3.0;

/* Compute factorial of n */
int  fact(int n) {
    if (n <= 1) return 1;
    else return n*fact(n-1);
}

/* Compute n mod m */
int my_mod(int n, int m) {
    return(n % m);
}

我們想在指令碼語言的程式碼裡面呼叫fact函數。可以通過一段非常簡單的SWIG指令碼，檔名為example.i：(這裡的格式非常重要，即使第一行的註釋也不能省略)

/* File : example.i */
%module example
%{
/* Put headers and other declarations here */
extern double My_variable;
extern int    fact(int);
extern int    my_mod(int n, int m);
%}

extern double My_variable;
extern int    fact(int);
extern int    my_mod(int n, int m);

這段.i檔案分成3個部分：

第一部分是 %module example， %module是SWIG指令碼的一個命令，它表示生成的包裝器將在一個模組內的名稱。
第二部分是%{… %}，這一部分的內容會原封不動的插入到xxxx_wrap.c或xxxx_wrap.cxx檔案中。
第三部分就是剩下的部分了。這部分就是C語言或者C++語言的介面宣告了。和C/C++的語法是一樣的。

接下來以linux作業系統下，為python語言生成介面為例：

swig -python example.i

執行上述語句會生成兩個檔案example.py和example_wrap.c。 example.py就是python語言可以呼叫的example模組，而example_wrap.c則封裝了example.c的封裝器。

然後執行第二步：

gcc -c -fPIC example.c example_wrap.c -I/usr/include/python2.7

執行該步會生成兩個o檔案，example.o和example_wrap.o。

最後執行：

g++ -shared example.o example_wrap.o -o _example.so

這一步會將上面兩個o檔案封裝成一個新的動態庫，_example.so。在這之後就可以在python內直接呼叫example.c提供的介面了。

import example
print example.fact(3)
print example.cvar.My_variable   #注意這裡的引數不能直接用，得用cvar。

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