# 扩展/嵌入常见问题

目錄

- 扩展/嵌入常见问题

  - 可以使用 C 语言创建自己的函数吗？

  - 可以使用 C++ 语言创建自己的函数吗？

  - C很难写，有没有其他选择？

  - 如何在 C 中执行任意 Python 语句？

  - 如何在 C 中对任意 Python 表达式求值？

  - 如何从Python对象中提取C的值？

  - 如何使用Py_BuildValue()创建任意长度的元组？

  - 如何从C调用对象的方法？

  - 如何捕获PyErr_Print()（或打印到stdout / stderr的任何内容）的输出？

  - 如何从C访问用Python编写的模块？

  - 如何在 Python 中对接 C ++ 对象？

  - 我使用Setup文件添加了一个模块，为什么make失败了？

  - 如何调试扩展？

  - 我想在Linux系统上编译一个Python模块，但是缺少一些文件。为什么?

  - 如何区分“输入不完整”和“输入无效”？

  - 如何找到未定义的g++符号__builtin_new或__pure_virtual？

  - 能否创建一个对象类，其中部分方法在C中实现，而其他方法在Python中实现（例如通过继承）？

## 可以使用 C 语言创建自己的函数吗？

是的，您可以在C中创建包含函数、变量、异常甚至新类型的内置模块。在文档 扩展和嵌入 Python 解释器 中有说明。

大多数中级或高级的Python书籍也涵盖这个主题。

## 可以使用 C++ 语言创建自己的函数吗？

是的，可以使用C ++中兼容C的功能。 在Python include文件周围放置` extern“C”{...}` ，并在Python解释器调用的每个函数之前放置 `extern“C”` 。 具有构造函数的全局或静态C ++对象可能不是一个好主意。

## C很难写，有没有其他选择？

编写自己的C扩展有很多选择，具体取决于您要做的事情。

Cython 及其相关的 Pyrex 是接受稍微修改过的Python形式并生成相应C代码的编译器。 Cython和Pyrex可以编写扩展而无需学习Python的C API。

如果需要连接到某些当前不存在Python扩展的C或C ++库，可以尝试使用 SWIG 等工具包装库的数据类型和函数。 SIP ， CXX Boost , 或 Weave 也是包装C ++库的替代方案。

## 如何在 C 中执行任意 Python 语句？

执行此操作的最高层级函数为 `PyRun_SimpleString()`，它接受单个字符串参数用于在模块 `__main__` 的上下文中执行并在成功时返回 `0` 而在发生异常 (包括 `SyntaxError`) 时返回 `-1`。 如果你想要更多可控性，可以使用 `PyRun_String()`；请在 `Python/pythonrun.c` 中查看 `PyRun_SimpleString()` 的源码。

## 如何在 C 中对任意 Python 表达式求值？

可以调用前一问题中介绍的函数 `PyRun_String()` 并附带起始标记符 `Py_eval_input`；它会解析表达式，对其求值并返回结果值。

## 如何从Python对象中提取C的值？

这取决于对象的类型。 如果是元组，`PyTuple_Size()` 可返回其长度而 `PyTuple_GetItem()` 可返回指定序号上的项。 对于列表也有类似的函数 `PyListSize()` 和 `PyList_GetItem()`。

对于字节串，`PyBytes_Size()` 可返回其长度而 `PyBytes_AsStringAndSize()` 提供一个指向其值和长度的指针。 请注意 Python 字节串可能为空，因此 C 的 `strlen()` 不应被使用。

要检测一个对象的类型，首先要确保它不为 `NULL`，然后使用 `PyBytes_Check()`, `PyTuple_Check()`, `PyList_Check()` 等等。

还有一个针对 Python 对象的高层级 API，通过所谓的‘抽象’接口提供 —— 请参阅 `Include/abstract.h` 了解详情。 它允许使用 `PySequence_Length()`, `PySequence_GetItem()` 这样的调用来与任意种类的 Python 序列进行对接，此外还可使用许多其他有用的协议例如数字 (`PyNumber_Index()` 等) 以及 PyMapping API 中的各种映射等等。

## 如何使用Py_BuildValue()创建任意长度的元组？

不可以。应该使用 `PyTuple_Pack()` 。

## 如何从C调用对象的方法？

可以使用 `PyObject_CallMethod()` 函数来调用某个对象的任意方法。 形参为该对象、要调用的方法名、类似 `Py_BuildValue()` 所用的格式字符串以及要传给方法的参数值:

    PyObject *
    PyObject_CallMethod(PyObject *object, const char *method_name,
                        const char *arg_format, ...);

这适用于任何具有方法的对象 —— 不论是内置方法还是用户自定义方法。 你需要负责对返回值进行最终的 `Py_DECREF()` 处理。

例如调用某个文件对象的 "seek" 方法并传入参数 10, 0 (假定文件对象的指针为 "f"):

    res = PyObject_CallMethod(f, "seek", "(ii)", 10, 0);
    if (res == NULL) {
            ... an exception occurred ...
    }
    else {
            Py_DECREF(res);
    }

请注意由于 `PyObject_CallObject()` 总是 接受一个元组作为参数列表，要调用不带参数的函数，则传入格式为 "()"，要调用只带一个参数的函数，则应将参数包含于圆括号中，例如 "(i)"。

## 如何捕获PyErr_Print()（或打印到stdout / stderr的任何内容）的输出？

在 Python 代码中，定义一个支持 `write()` 方法的对象。 将此对象赋值给 `sys.stdout` 和 `sys.stderr`。 调用 print_error 或者只是允许标准回溯机制生效。 在此之后，输出将转往你的 `write()` 方法所指向的任何地方。

做到这一点的最简单方式是使用 `io.StringIO` 类：

    >>> import io, sys
    >>> sys.stdout = io.StringIO()
    >>> print('foo')
    >>> print('hello world!')
    >>> sys.stderr.write(sys.stdout.getvalue())
    foo
    hello world!

实现同样效果的自定义对象看起来是这样的：

    >>> import io, sys
    >>> class StdoutCatcher(io.TextIOBase):
    ...     def __init__(self):
    ...         self.data = []
    ...     def write(self, stuff):
    ...         self.data.append(stuff)
    ...
    >>> import sys
    >>> sys.stdout = StdoutCatcher()
    >>> print('foo')
    >>> print('hello world!')
    >>> sys.stderr.write(''.join(sys.stdout.data))
    foo
    hello world!

## 如何从C访问用Python编写的模块？

你可以通过如下方式获得一个指向模块对象的指针:

    module = PyImport_ImportModule("<modulename>");

如果模块尚未被导入（即它还不存在于 `sys.modules` 中），这会初始化该模块；否则它只是简单地返回 `sys.modules["<modulename>"]` 的值。 请注意它并不会将模块加入任何命名空间 —— 它只是确保模块被初始化并存在于 `sys.modules` 中。

之后你就可以通过如下方式来访问模块的属性（即模块中定义的任何名称）:

    attr = PyObject_GetAttrString(module, "<attrname>");

调用 `PyObject_SetAttrString()` 为模块中的变量赋值也是可以的。

## 如何在 Python 中对接 C ++ 对象？

根据你的需求，可以选择许多方式。 手动的实现方式请查阅 "扩展与嵌入" 文档 来入门。 需要知道的是对于 Python 运行时系统来说，C 和 C++ 并不没有太大的区别 —— 因此围绕一个 C 结构（指针）类型构建新 Python 对象的策略同样适用于 C++ 对象。

有关C ++库，请参阅 C很难写，有没有其他选择？

## 我使用Setup文件添加了一个模块，为什么make失败了？

安装程序必须以换行符结束，如果没有换行符，则构建过程将失败。 （修复这个需要一些丑陋的shell脚本编程，而且这个bug很小，看起来不值得花这么大力气。)

## 如何调试扩展？

将GDB与动态加载的扩展名一起使用时，在加载扩展名之前，不能在扩展名中设置断点。

在您的 `.gdbinit` 文件中（或交互式）添加命令：

    br _PyImport_LoadDynamicModule

然后运行GDB：

    $ gdb /local/bin/python
    gdb) run myscript.py
    gdb) continue # repeat until your extension is loaded
    gdb) finish   # so that your extension is loaded
    gdb) br myfunction.c:50
    gdb) continue

## 我想在Linux系统上编译一个Python模块，但是缺少一些文件。为什么?

大多数打包的Python版本不包含 `/usr/lib/python2.x/config/` 目录，该目录中包含编译Python扩展所需的各种文件。

对于Red Hat，安装python-devel RPM以获取必要的文件。

对于Debian，运行 `apt-get install python-dev` 。

## 如何区分“输入不完整”和“输入无效”？

有时，希望模仿Python交互式解释器的行为，在输入不完整时(例如，您键入了“if”语句的开头，或者没有关闭括号或三个字符串引号)，给出一个延续提示，但当输入无效时，立即给出一条语法错误消息。

在Python中，您可以使用 `codeop` 模块，该模块非常接近解析器的行为。例如，IDLE就使用了这个。

在C中执行此操作的最简单方法是调用 `PyRun_InteractiveLoop()` （可能在单独的线程中）并让Python解释器为您处理输入。您还可以设置 `PyOS_ReadlineFunctionPointer()` 指向您的自定义输入函数。有关更多提示，请参阅 `Modules/readline.c` 和 `Parser/myreadline.c` 。

但是，有时必须在与其他应用程序相同的线程中运行嵌入式Python解释器，并且不能允许 `PyRun_InteractiveLoop()` 在等待用户输入时停止。那么另一个解决方案是调用 `PyParser_ParseString()` 并测试 `e.error` 等于 `E_EOF` ，如果等于，就意味着输入不完整。这是一个示例代码片段，未经测试，灵感来自Alex Farber的代码:

    #define PY_SSIZE_T_CLEAN
    #include <Python.h>
    #include <node.h>
    #include <errcode.h>
    #include <grammar.h>
    #include <parsetok.h>
    #include <compile.h>

    int testcomplete(char *code)
      /* code should end in \n */
      /* return -1 for error, 0 for incomplete, 1 for complete */
    {
      node *n;
      perrdetail e;

      n = PyParser_ParseString(code, &_PyParser_Grammar,
                               Py_file_input, &e);
      if (n == NULL) {
        if (e.error == E_EOF)
          return 0;
        return -1;
      }

      PyNode_Free(n);
      return 1;
    }

另一个解决方案是尝试使用 `Py_CompileString()` 编译接收到的字符串。如果编译时没有出现错误，请尝试通过调用 `PyEval_EvalCode()` 来执行返回的代码对象。否则，请将输入保存到以后。如果编译失败，找出是错误还是只需要更多的输入-从异常元组中提取消息字符串，并将其与字符串 “分析时意外的EOF” 进行比较。下面是使用GNUreadline库的完整示例(您可能希望在调用readline()时忽略 SIGINT )：

    #include <stdio.h>
    #include <readline.h>

    #define PY_SSIZE_T_CLEAN
    #include <Python.h>
    #include <object.h>
    #include <compile.h>
    #include <eval.h>

    int main (int argc, char* argv[])
    {
      int i, j, done = 0;                          /* lengths of line, code */
      char ps1[] = ">>> ";
      char ps2[] = "... ";
      char *prompt = ps1;
      char *msg, *line, *code = NULL;
      PyObject *src, *glb, *loc;
      PyObject *exc, *val, *trb, *obj, *dum;

      Py_Initialize ();
      loc = PyDict_New ();
      glb = PyDict_New ();
      PyDict_SetItemString (glb, "__builtins__", PyEval_GetBuiltins ());

      while (!done)
      {
        line = readline (prompt);

        if (NULL == line)                          /* Ctrl-D pressed */
        {
          done = 1;
        }
        else
        {
          i = strlen (line);

          if (i > 0)
            add_history (line);                    /* save non-empty lines */

          if (NULL == code)                        /* nothing in code yet */
            j = 0;
          else
            j = strlen (code);

          code = realloc (code, i + j + 2);
          if (NULL == code)                        /* out of memory */
            exit (1);

          if (0 == j)                              /* code was empty, so */
            code[0] = '\0';                        /* keep strncat happy */

          strncat (code, line, i);                 /* append line to code */
          code[i + j] = '\n';                      /* append '\n' to code */
          code[i + j + 1] = '\0';

          src = Py_CompileString (code, "<stdin>", Py_single_input);

          if (NULL != src)                         /* compiled just fine - */
          {
            if (ps1  == prompt ||                  /* ">>> " or */
                '\n' == code[i + j - 1])           /* "... " and double '\n' */
            {                                               /* so execute it */
              dum = PyEval_EvalCode (src, glb, loc);
              Py_XDECREF (dum);
              Py_XDECREF (src);
              free (code);
              code = NULL;
              if (PyErr_Occurred ())
                PyErr_Print ();
              prompt = ps1;
            }
          }                                        /* syntax error or E_EOF? */
          else if (PyErr_ExceptionMatches (PyExc_SyntaxError))
          {
            PyErr_Fetch (&exc, &val, &trb);        /* clears exception! */

            if (PyArg_ParseTuple (val, "sO", &msg, &obj) &&
                !strcmp (msg, "unexpected EOF while parsing")) /* E_EOF */
            {
              Py_XDECREF (exc);
              Py_XDECREF (val);
              Py_XDECREF (trb);
              prompt = ps2;
            }
            else                                   /* some other syntax error */
            {
              PyErr_Restore (exc, val, trb);
              PyErr_Print ();
              free (code);
              code = NULL;
              prompt = ps1;
            }
          }
          else                                     /* some non-syntax error */
          {
            PyErr_Print ();
            free (code);
            code = NULL;
            prompt = ps1;
          }

          free (line);
        }
      }

      Py_XDECREF(glb);
      Py_XDECREF(loc);
      Py_Finalize();
      exit(0);
    }

## 如何找到未定义的g++符号__builtin_new或__pure_virtual？

要动态加载g ++扩展模块，必须重新编译Python，要使用g ++重新链接（在Python Modules Makefile中更改LINKCC），及链接扩展模块（例如： `g++ -shared -o mymodule.so mymodule.o` ）。

## 能否创建一个对象类，其中部分方法在C中实现，而其他方法在Python中实现（例如通过继承）？

是的，您可以继承内置类，例如 `int` ， `list` ， `dict` 等。

Boost Python库（BPL，http：//www.boost.org/libs/python/doc/index.html）提供了一种从C ++执行此操作的方法（即，您可以使用BPL继承自C ++编写的扩展类 ）。