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C語(yǔ)言調(diào)用Python代碼的方法

 更新時(shí)間:2020年07月28日 16:42:26   作者:David Beazley  
這篇文章主要介紹了C語(yǔ)言調(diào)用Python代碼的方法,文中講解非常細(xì)致,代碼幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí),感興趣的朋友可以了解下

問(wèn)題

你想在C中安全的執(zhí)行某個(gè)Python調(diào)用并返回結(jié)果給C。 例如,你想在C語(yǔ)言中使用某個(gè)Python函數(shù)作為一個(gè)回調(diào)。

解決方案

在C語(yǔ)言中調(diào)用Python非常簡(jiǎn)單,不過(guò)涉及到一些小竅門(mén)。 下面的C代碼告訴你怎樣安全的調(diào)用:

#include <Python.h>

/* Execute func(x,y) in the Python interpreter. The
arguments and return result of the function must be Python floats */
double call_func(PyObject *func, double x, double y) {
PyObject *args; PyObject *kwargs; PyObject *result = 0; double retval;

/* Make sure we own the GIL */ PyGILState_STATE state = PyGILState_Ensure();

/* Verify that func is a proper callable */ if (!PyCallable_Check(func)) {

fprintf(stderr,”call_func: expected a callablen”); goto fail;
} /* Build arguments */ args = Py_BuildValue(“(dd)”, x, y); kwargs = NULL;

/* Call the function */ result = PyObject_Call(func, args, kwargs); Py_DECREF(args); Py_XDECREF(kwargs);

/* Check for Python exceptions (if any) */ if (PyErr_Occurred()) {

PyErr_Print(); goto fail;
}

/* Verify the result is a float object */ if (!PyFloat_Check(result)) {

fprintf(stderr,”call_func: callable didn't return a floatn”); goto fail;
}

/* Create the return value */ retval = PyFloat_AsDouble(result); Py_DECREF(result);

/* Restore previous GIL state and return */ PyGILState_Release(state); return retval;

fail:
Py_XDECREF(result); PyGILState_Release(state); abort(); // Change to something more appropriate
}

要使用這個(gè)函數(shù),你需要獲取傳遞過(guò)來(lái)的某個(gè)已存在Python調(diào)用的引用。 有很多種方法可以讓你這樣做, 比如將一個(gè)可調(diào)用對(duì)象傳給一個(gè)擴(kuò)展模塊或直接寫(xiě)C代碼從已存在模塊中提取出來(lái)。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單例子用來(lái)展示從一個(gè)嵌入的Python解釋器中調(diào)用一個(gè)函數(shù):

#include <Python.h>

/* Definition of call_func() same as above */
...

/* Load a symbol from a module */
PyObject *import_name(const char *modname, const char *symbol) {
 PyObject *u_name, *module;
 u_name = PyUnicode_FromString(modname);
 module = PyImport_Import(u_name);
 Py_DECREF(u_name);
 return PyObject_GetAttrString(module, symbol);
}

/* Simple embedding example */
int main() {
 PyObject *pow_func;
 double x;

 Py_Initialize();
 /* Get a reference to the math.pow function */
 pow_func = import_name("math","pow");

 /* Call it using our call_func() code */
 for (x = 0.0; x < 10.0; x += 0.1) {
 printf("%0.2f %0.2f\n", x, call_func(pow_func,x,2.0));
 }
 /* Done */
 Py_DECREF(pow_func);
 Py_Finalize();
 return 0;
}

要構(gòu)建例子代碼,你需要編譯C并將它鏈接到Python解釋器。 下面的Makefile可以教你怎樣做(不過(guò)在你機(jī)器上面需要一些配置)。

all::
 cc -g embed.c -I/usr/local/include/python3.3m \
  -L/usr/local/lib/python3.3/config-3.3m -lpython3.3m

編譯并運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似下面的輸出:

0.00 0.00
0.10 0.01
0.20 0.04
0.30 0.09
0.40 0.16
...

下面是一個(gè)稍微不同的例子,展示了一個(gè)擴(kuò)展函數(shù), 它接受一個(gè)可調(diào)用對(duì)象和其他參數(shù),并將它們傳遞給 call_func() 來(lái)做測(cè)試:

/* Extension function for testing the C-Python callback */
PyObject *py_call_func(PyObject *self, PyObject *args) {
 PyObject *func;

 double x, y, result;
 if (!PyArg_ParseTuple(args,"Odd", &func,&x,&y)) {
 return NULL;
 }
 result = call_func(func, x, y);
 return Py_BuildValue("d", result);
}

使用這個(gè)擴(kuò)展函數(shù),你要像下面這樣測(cè)試它:

>>> import sample
>>> def add(x,y):
...   return x+y
...
>>> sample.call_func(add,3,4)
7.0
>>>

討論

如果你在C語(yǔ)言中調(diào)用Python,要記住最重要的是C語(yǔ)言會(huì)是主體。 也就是說(shuō),C語(yǔ)言負(fù)責(zé)構(gòu)造參數(shù)、調(diào)用Python函數(shù)、檢查異常、檢查類(lèi)型、提取返回值等。

作為第一步,你必須先有一個(gè)表示你將要調(diào)用的Python可調(diào)用對(duì)象。 這可以是一個(gè)函數(shù)、類(lèi)、方法、內(nèi)置方法或其他任意實(shí)現(xiàn)了 __call__() 操作的東西。 為了確保是可調(diào)用的,可以像下面的代碼這樣利用 PyCallable_Check() 做檢查:

double call_func(PyObject *func, double x, double y) {
 ...
 /* Verify that func is a proper callable */
 if (!PyCallable_Check(func)) {
 fprintf(stderr,"call_func: expected a callable\n");
 goto fail;
 }
 ...

在C代碼里處理錯(cuò)誤你需要格外的小心。一般來(lái)講,你不能僅僅拋出一個(gè)Python異常。 錯(cuò)誤應(yīng)該使用C代碼方式來(lái)被處理。在這里,我們打算將對(duì)錯(cuò)誤的控制傳給一個(gè)叫 abort() 的錯(cuò)誤處理器。 它會(huì)結(jié)束掉整個(gè)程序,在真實(shí)環(huán)境下面你應(yīng)該要處理的更加優(yōu)雅些(返回一個(gè)狀態(tài)碼)。 你要記住的是在這里C是主角,因此并沒(méi)有跟拋出異常相對(duì)應(yīng)的操作。 錯(cuò)誤處理是你在編程時(shí)必須要考慮的事情。

調(diào)用一個(gè)函數(shù)相對(duì)來(lái)講很簡(jiǎn)單——只需要使用 PyObject_Call() , 傳一個(gè)可調(diào)用對(duì)象給它、一個(gè)參數(shù)元組和一個(gè)可選的關(guān)鍵字字典。 要構(gòu)建參數(shù)元組或字典,你可以使用 Py_BuildValue() ,如下:

double call_func(PyObject *func, double x, double y) {
 PyObject *args;
 PyObject *kwargs;

 ...
 /* Build arguments */
 args = Py_BuildValue("(dd)", x, y);
 kwargs = NULL;

 /* Call the function */
 result = PyObject_Call(func, args, kwargs);
 Py_DECREF(args);
 Py_XDECREF(kwargs);
 ...

如果沒(méi)有關(guān)鍵字參數(shù),你可以傳遞NULL。當(dāng)你要調(diào)用函數(shù)時(shí), 需要確保使用了 Py_DECREF() 或者 Py_XDECREF() 清理參數(shù)。 第二個(gè)函數(shù)相對(duì)安全點(diǎn),因?yàn)樗试S傳遞NULL指針(直接忽略它), 這也是為什么我們使用它來(lái)清理可選的關(guān)鍵字參數(shù)。

調(diào)用完P(guān)ython函數(shù)之后,你必須檢查是否有異常發(fā)生。 PyErr_Occurred() 函數(shù)可被用來(lái)做這件事。 對(duì)于異常的處理就有點(diǎn)麻煩了,由于是用C語(yǔ)言寫(xiě)的,沒(méi)有Python那樣的異常機(jī)制。 因此,你必須要設(shè)置一個(gè)異常狀態(tài)碼,打印異常信息或其他相應(yīng)處理。 在這里,我們選擇了簡(jiǎn)單的 abort() 來(lái)處理。另外,傳統(tǒng)C程序員可能會(huì)直接讓程序奔潰。

...
/* Check for Python exceptions (if any) */
if (PyErr_Occurred()) {
 PyErr_Print();
 goto fail;
}
...
fail:
 PyGILState_Release(state);
 abort();

從調(diào)用Python函數(shù)的返回值中提取信息通常要進(jìn)行類(lèi)型檢查和提取值。 要這樣做的話(huà),你必須使用Python對(duì)象層中的函數(shù)。 在這里我們使用了 PyFloat_Check() PyFloat_AsDouble() 來(lái)檢查和提取Python浮點(diǎn)數(shù)。

最后一個(gè)問(wèn)題是對(duì)于Python全局鎖的管理。 在C語(yǔ)言中訪(fǎng)問(wèn)Python的時(shí)候,你需要確保GIL被正確的獲取和釋放了。 不然的話(huà),可能會(huì)導(dǎo)致解釋器返回錯(cuò)誤數(shù)據(jù)或者直接奔潰。 調(diào)用 PyGILState_Ensure() 和 PyGILState_Release() 可以確保一切都能正常。

double call_func(PyObject *func, double x, double y) {
 ...
 double retval;

 /* Make sure we own the GIL */
 PyGILState_STATE state = PyGILState_Ensure();
 ...
 /* Code that uses Python C API functions */
 ...
 /* Restore previous GIL state and return */
 PyGILState_Release(state);
 return retval;

fail:
 PyGILState_Release(state);
 abort();
}

一旦返回,PyGILState_Ensure() 可以確保調(diào)用線(xiàn)程獨(dú)占Python解釋器。 就算C代碼運(yùn)行于另外一個(gè)解釋器不知道的線(xiàn)程也沒(méi)事。 這時(shí)候,C代碼可以自由的使用任何它想要的Python C-API 函數(shù)。 調(diào)用成功后,PyGILState_Release()被用來(lái)將解釋器恢復(fù)到原始狀態(tài)。

要注意的是每一個(gè) PyGILState_Ensure() 調(diào)用必須跟著一個(gè)匹配的 PyGILState_Release() 調(diào)用——即便有錯(cuò)誤發(fā)生。 在這里,我們使用一個(gè) goto 語(yǔ)句看上去是個(gè)可怕的設(shè)計(jì), 但是實(shí)際上我們使用它來(lái)將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給一個(gè)普通的exit塊來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的操作。 在 fail: 標(biāo)簽后面的代碼和Python的 final: 塊的用途是一樣的。

如果你使用所有這些約定來(lái)編寫(xiě)C代碼,包括對(duì)GIL的管理、異常檢查和錯(cuò)誤檢查, 你會(huì)發(fā)現(xiàn)從C語(yǔ)言中調(diào)用Python解釋器是可靠的——就算再?gòu)?fù)雜的程序,用到了高級(jí)編程技巧比如多線(xiàn)程都沒(méi)問(wèn)題。

以上就是C語(yǔ)言調(diào)用Python代碼的方法的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于C語(yǔ)言調(diào)用Python的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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