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1. 在其它應(yīng)用程序嵌入 python
前幾章討論了如何對 Python 進(jìn)行擴(kuò)展，也就是如何用 C 函數(shù)庫 擴(kuò)展 Python 的功能。反過來也是可以的：將 Python 嵌入到 C/C++ 應(yīng)用程序中豐富其功能。這種嵌入可以讓應(yīng)用程序用 Python 來實(shí)現(xiàn)某些功能，而不是用 C 或 C++ 。用途會(huì)有很多；比如允許用戶用 Python 編寫一些腳本，以便定制應(yīng)用程序滿足需求。如果某些功能用 Python 編寫起來更為容易，那么開發(fā)人員自己也能這么干。
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Python 的嵌入類似于擴(kuò)展，但不完全相同。不同之處在于，擴(kuò)展 Python 時(shí)應(yīng)用程序的主程序仍然是 Python 解釋器，而嵌入 Python 時(shí)的主程序可能與 Python 完全無關(guān)——而是應(yīng)用程序的某些部分偶爾會(huì)調(diào)用 Python 解釋器來運(yùn)行一些 Python 代碼。
因此，若要嵌入 Python，就要提供自己的主程序。此主程序要做的事情之一就是初始化 Python 解釋器。至少得調(diào)用函數(shù) Py_Initialize()。還有些可選的調(diào)用可向 Python 傳遞命令行參數(shù)。之后即可從應(yīng)用程序的任何地方調(diào)用解釋器了。
調(diào)用解釋器的方式有好幾種：可向 PyRun_SimpleString() 傳入一個(gè)包含 Python 語句的字符串，也可向 PyRun_SimpleFile() 傳入一個(gè) stdio 文件指針和一個(gè)文件名（僅在錯(cuò)誤信息中起到識別作用）。還可以調(diào)用前面介紹過的底層操作來構(gòu)造并使用 Python 對象。
參見
Python/C API 參考手冊
本文詳細(xì)介紹了 Python 的 C 接口。這里有大量必要的信息。
1.1. 高層次的嵌入
最簡單的 Python 嵌入形式就是采用非常高層的接口。該接口的目標(biāo)是只執(zhí)行一段 Python 腳本，而無需與應(yīng)用程序直接交互。比如以下代碼可以用來對某個(gè)文件進(jìn)行一些操作。
#define PY_SSIZE_T_CLEAN#includeintmain(int argc, char *argv[]){wchar_t *program = Py_DecodeLocale(argv[0], NULL);if (program == NULL) {fprintf(stderr, "Fatal error: cannot decode argv[0]\n");exit(1);}Py_SetProgramName(program); /* optional but recommended */Py_Initialize();PyRun_SimpleString("from time import time,ctime\n""print('Today is', ctime(time()))\n");if (Py_FinalizeEx() < 0) {exit(120);}PyMem_RawFree(program);return 0;}
在 Py_Initialize() 之前，應(yīng)該先調(diào)用 Py_SetProgramName() 函數(shù)，以便向解釋器告知 Python運(yùn)行庫的路徑。接下來，Py_Initialize() 會(huì)初始化 Python 解釋器，然后執(zhí)行硬編碼的 Python 腳本，打印出日期和時(shí)間。之后，調(diào)用 Py_FinalizeEx() 關(guān)閉解釋器，程序結(jié)束。在真實(shí)的程序中，可能需要從其他來源獲取 Python 腳本，或許是從文本編輯器例程、文件，或者某個(gè)數(shù)據(jù)庫。利用 PyRun_SimpleFile() 函數(shù)可以更好地從文件中獲取 Python 代碼，可省去分配內(nèi)存空間和加載文件內(nèi)容的麻煩。
1.2. 突破高層次嵌入的限制：概述
高級接口能從應(yīng)用程序中執(zhí)行任何 Python 代碼，但至少交換數(shù)據(jù)可說是相當(dāng)麻煩的。如若需要交換數(shù)據(jù)，應(yīng)使用較低級別的調(diào)用。幾乎可以實(shí)現(xiàn)任何功能，代價(jià)是得寫更多的 C 代碼。
應(yīng)該注意，盡管意圖不同，但擴(kuò)展 Python 和嵌入 Python 的過程相當(dāng)類似。前幾章中討論的大多數(shù)主題依然有效。為了說明這一點(diǎn)，不妨來看一下從 Python 到 C 的擴(kuò)展代碼到底做了什么：
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將 Python 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 C 格式，
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用轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)執(zhí)行 C 程序的函數(shù)調(diào)用，
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將調(diào)用返回的數(shù)據(jù)從 C 轉(zhuǎn)換為 Python 格式。
嵌入 Python 時(shí)，接口代碼會(huì)這樣做：
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將 C 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 Python 格式，
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用轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)執(zhí)行對 Python 接口的函數(shù)調(diào)用，
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將調(diào)用返回的數(shù)據(jù)從 Python 轉(zhuǎn)換為 C 格式。
可見只是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的步驟交換了一下順序，以順應(yīng)跨語言的傳輸方向。唯一的區(qū)別是在兩次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之間調(diào)用的函數(shù)不同。在執(zhí)行擴(kuò)展時(shí)，調(diào)用一個(gè) C 函數(shù)，而執(zhí)行嵌入時(shí)調(diào)用的是個(gè) Python 函數(shù)。
本文不會(huì)討論如何將數(shù)據(jù)從 Python 轉(zhuǎn)換到 C 去，反之亦然。另外還假定讀者能夠正確使用引用并處理錯(cuò)誤。由于這些地方與解釋器的擴(kuò)展沒有區(qū)別，請參考前面的章節(jié)以獲得所需的信息。
1.3. 只做嵌入
第一個(gè)程序的目標(biāo)是執(zhí)行 Python 腳本中的某個(gè)函數(shù)。就像高層次接口那樣，Python 解釋器并不會(huì)直接與應(yīng)用程序進(jìn)行交互（但下一節(jié)將改變這一點(diǎn)）。
要運(yùn)行 Python 腳本中定義的函數(shù)，代碼如下：
#define PY_SSIZE_T_CLEAN#includeintmain(int argc, char *argv[]){PyObject *pName, *pModule, *pFunc;PyObject *pArgs, *pValue;int i;if (argc < 3) {fprintf(stderr,"Usage: call pythonfile funcname [args]\n");return 1;}Py_Initialize();pName = PyUnicode_DecodeFSDefault(argv[1]);/* Error checking of pName left out */pModule = PyImport_Import(pName);Py_DECREF(pName);if (pModule != NULL) {pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, argv[2]);/* pFunc is a new reference */if (pFunc && PyCallable_Check(pFunc)) {pArgs = PyTuple_New(argc - 3);for (i = 0; i < argc - 3; ++i) {pValue = PyLong_FromLong(atoi(argv[i + 3]));if (!pValue) {Py_DECREF(pArgs);Py_DECREF(pModule);fprintf(stderr, "Cannot convert argument\n");return 1;}/* pValue reference stolen here: */PyTuple_SetItem(pArgs, i, pValue);}pValue = PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);Py_DECREF(pArgs);if (pValue != NULL) {printf("Result of call: %ld\n", PyLong_AsLong(pValue));Py_DECREF(pValue);}else {Py_DECREF(pFunc);Py_DECREF(pModule);PyErr_Print();fprintf(stderr,"Call failed\n");return 1;}}else {if (PyErr_Occurred())PyErr_Print();fprintf(stderr, "Cannot find function \"%s\"\n", argv[2]);}Py_XDECREF(pFunc);Py_DECREF(pModule);}else {PyErr_Print();fprintf(stderr, "Failed to load \"%s\"\n", argv[1]);return 1;}if (Py_FinalizeEx() < 0) {return 120;}return 0;}
上述代碼先利用 argv[1] 加載 Python 腳本，再調(diào)用 argv[2] 指定的函數(shù)。函數(shù)的整數(shù)參數(shù)是 argv 數(shù)組中的其余值。如果 編譯并鏈接 該程序（此處將最終的可執(zhí)行程序稱作 call）, 并用它執(zhí)行一個(gè) Python 腳本，例如：
def multiply(a,b):print("Will compute", a, "times", b)c = 0for i in range(0, a):c = c + breturn c
然后結(jié)果應(yīng)該是：
$ call multiply multiply 3 2Will compute 3 times 2Result of call: 6
盡管相對其功能而言，該程序體積相當(dāng)龐大，但大部分代碼是用于 Python 和 C 之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以及報(bào)告錯(cuò)誤。嵌入 Python 的有趣部分從此開始：
Py_Initialize();pName = PyUnicode_DecodeFSDefault(argv[1]);/* Error checking of pName left out */pModule = PyImport_Import(pName);
初始化解釋器之后，則用 PyImport_Import() 加載腳本。此函數(shù)的參數(shù)需是個(gè) Python 字符串，一個(gè)用 PyUnicode_FromString() 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換函數(shù)構(gòu)建的字符串。
pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, argv[2]);/* pFunc is a new reference */if (pFunc && PyCallable_Check(pFunc)) {...}Py_XDECREF(pFunc);
腳本一旦加載完畢，就會(huì)用 PyObject_GetAttrString() 查找屬性名稱。如果名稱存在，并且返回的是可調(diào)用對象，即可安全地視其為函數(shù)。然后程序繼續(xù)執(zhí)行，照常構(gòu)建由參數(shù)組成的元組。然后用以下方式調(diào)用 Python 函數(shù)：
pValue = PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，pValue 要么為 NULL，要么包含對函數(shù)返回值的引用。請確保用完后釋放該引用。
1.4. 對嵌入 Python 功能進(jìn)行擴(kuò)展
到目前為止，嵌入的 Python 解釋器還不能訪問應(yīng)用程序本身的功能。Python API 通過擴(kuò)展嵌入解釋器實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。 也就是說，用應(yīng)用程序提供的函數(shù)對嵌入的解釋器進(jìn)行擴(kuò)展。雖然聽起來有些復(fù)雜，但也沒那么糟糕。只要暫時(shí)忘記是應(yīng)用程序啟動(dòng)了 Python 解釋器。而把應(yīng)用程序看作是一堆子程序，然后寫一些膠水代碼讓 Python 訪問這些子程序，就像編寫普通的 Python 擴(kuò)展程序一樣。 例如：
static int numargs=0;/* Return the number of arguments of the application command line */static PyObject*emb_numargs(PyObject *self, PyObject *args){if(!PyArg_ParseTuple(args, ":numargs"))return NULL;return PyLong_FromLong(numargs);}static PyMethodDef EmbMethods[] = {{"numargs", emb_numargs, METH_VARARGS,"Return the number of arguments received by the process."},{NULL, NULL, 0, NULL}};static PyModuleDef EmbModule = {PyModuleDef_HEAD_INIT, "emb", NULL, -1, EmbMethods,NULL, NULL, NULL, NULL};static PyObject*PyInit_emb(void){return PyModule_Create(&EmbModule);}
在 main() 函數(shù)之前插入上述代碼。并在調(diào)用 Py_Initialize() 之前插入以下兩條語句：
numargs = argc;PyImport_AppendInittab("emb", &PyInit_emb);
這兩行代碼初始化了 numargs 變量，并讓 emb.numargs() 函數(shù)能被嵌入的 Python 解釋器訪問到。有了這些擴(kuò)展，Python 腳本可以執(zhí)行類似以下功能：
import embprint("Number of arguments", emb.numargs())
在真實(shí)的應(yīng)用程序中，這種方法將把應(yīng)用的 API 暴露給 Python 使用。
1.5. 在 C++ 中嵌入 Python
還可以將 Python 嵌入到 C++ 程序中去；確切地說，實(shí)現(xiàn)方式將取決于 C++ 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)；一般需用 C++ 編寫主程序，并用 C++ 編譯器來編譯和鏈接程序。不需要用 C++ 重新編譯 Python 本身。
1.6. 在類 Unix 系統(tǒng)中編譯和鏈接
為了將 Python 解釋器嵌入應(yīng)用程序，找到正確的編譯參數(shù)傳給編譯器 (和鏈接器) 并非易事，特別是因?yàn)?Python 加載的庫模塊是以 C 動(dòng)態(tài)擴(kuò)展（.so 文件）的形式實(shí)現(xiàn)的。
為了得到所需的編譯器和鏈接器參數(shù)，可執(zhí)行 python*X.Y*-config 腳本，它是在安裝 Python 時(shí)生成的（也可能存在 Python3-config 腳本）。該腳本有幾個(gè)參數(shù)，其中以下幾個(gè)參數(shù)會(huì)直接有用：
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pythonX.Y-config --cflags將給出建議的編譯參數(shù)。$ /opt/bin/python3.11-config --cflags-I/opt/include/python3.11 -I/opt/include/python3.11 -Wsign-compare -DNDEBUG -g -fwrapv -O3 -Wall
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pythonX.Y-config --ldflags --embedwill give you the recommended flags when linking:$ /opt/bin/python3.11-config --ldflags --embed-L/opt/lib/python3.11/config-3.11-x86_64-linux-gnu -L/opt/lib -lpython3.11 -lpthread -ldl -lutil -lm
備注
為了避免多個(gè) Python 安裝版本引發(fā)混亂（特別是在系統(tǒng)安裝版本和自己編譯版本之間），建議用 python*X.Y*-config 指定絕對路徑，如上例所述。
如果上述方案不起作用（不能保證對所有 Unix 類平臺(tái)都生效；歡迎提出 bug 報(bào)告），就得閱讀系統(tǒng)關(guān)于動(dòng)態(tài)鏈接的文檔，并檢查 Python 的 Makefile （用 sysconfig.get_makefile_filename() 找到所在位置）和編譯參數(shù)。這時(shí) sysconfig 模塊會(huì)是個(gè)有用的工具，可用編程方式提取需組合在一起的配置值。比如：
>>> import sysconfig>>> sysconfig.get_config_var('LIBS')'-lpthread -ldl -lutil'>>> sysconfig.get_config_var('LINKFORSHARED')'-Xlinker -export-dynamic'
網(wǎng)頁題目：創(chuàng)新互聯(lián)Python教程：1.在其它應(yīng)用程序嵌入Python
文章地址：http://www.5511xx.com/article/cosishs.html
