4. 构建C/C++扩展

一个CPython的C扩展是一个共享库(例如一个Linux上的 .so ,或者Windows上的 .pyd ),其会导出一个 初始化函数

为了可导入,共享库必须在 PYTHONPATH 中有效,且必须命名遵循模块名字,通过适当的扩展。当使用distutils时,会自动生成正确的文件名。

初始化函数的声明如下:

PyObject *PyInit_modulename(void)

It returns either a fully initialized module, or a PyModuleDef instance. See Initializing C modules for details.

对于仅有ASCII编码的模块名,函数必须是 PyInit_<modulename> ,将 <modulename> 替换为模块的名字。当使用 Multi-phase initialization 时,允许使用非ASCII编码的模块名。此时初始化函数的名字是 PyInitU_<modulename> ,而 <modulename> 需要用Python的 punycode 编码,连字号需替换为下划线。在Python里:

def initfunc_name(name):
    try:
        suffix = b'_' + name.encode('ascii')
    except UnicodeEncodeError:
        suffix = b'U_' + name.encode('punycode').replace(b'-', b'_')
    return b'PyInit' + suffix

可以在一个动态库里导出多个模块,通过定义多个初始化函数。而导入他们需要符号链接或自定义导入器,因为缺省时只有对应了文件名的函数才会被发现。查看 "一个库里的多模块" 章节,在 PEP 489 了解更多细节。

4.1. 使用distutils构建C和C++扩展

扩展模块可以用distutils来构建,这是Python自带的。distutils也支持创建二进制包,用户无需编译器而distutils就能安装扩展。

一个distutils包包含了一个驱动脚本 setup.py 。这是个纯Python文件,大多数时候也很简单,看起来如下:

from distutils.core import setup, Extension

module1 = Extension('demo',
                    sources = ['demo.c'])

setup (name = 'PackageName',
       version = '1.0',
       description = 'This is a demo package',
       ext_modules = [module1])

通过文件 setup.py ,和文件 demo.c ,运行如下

python setup.py build

这会编译 demo.c ,然后产生一个扩展模块叫做 demo 在目录 build 里。依赖于系统,模块文件会放在某个子目录形如 build/lib.system ,名字可能是 demo.sodemo.pyd

在文件 setup.py 里,所有动作的入口通过 setup 函数。该函数可以接受可变数量个关键字参数,上面的例子只使用了一个子集。特别需要注意的例子指定了构建包的元信息,以及指定了包内容。通常一个包会包括多个模块,就像Python的源码模块、文档、子包等。请参数distutils的文档,在 發布 Python 模組(舊版) 来了解更多distutils的特性;本章节只解释构建扩展模块的部分。

通常预计算参数给 setup() ,想要更好的结构化驱动脚本。有如如上例子函数 setup()ext_modules 参数是一列扩展模块,每个是一个 Extension 类的实例。例子中的实例定义了扩展命名为 demo ,从单一源码文件构建 demo.c

更多时候,构建一个扩展会复杂的多,需要额外的预处理器定义和库。如下例子展示了这些。

from distutils.core import setup, Extension

module1 = Extension('demo',
                    define_macros = [('MAJOR_VERSION', '1'),
                                     ('MINOR_VERSION', '0')],
                    include_dirs = ['/usr/local/include'],
                    libraries = ['tcl83'],
                    library_dirs = ['/usr/local/lib'],
                    sources = ['demo.c'])

setup (name = 'PackageName',
       version = '1.0',
       description = 'This is a demo package',
       author = 'Martin v. Loewis',
       author_email = 'martin@v.loewis.de',
       url = 'https://docs.python.org/extending/building',
       long_description = '''
This is really just a demo package.
''',
       ext_modules = [module1])

例子中函数 setup() 在调用时额外传递了元信息,是推荐发布包构建时的内容。对于这个扩展,其指定了预处理器定义,include目录,库目录,库。依赖于编译器,distutils还会用其他方式传递信息给编译器。例如在Unix上,结果是如下编译命令

gcc -DNDEBUG -g -O3 -Wall -Wstrict-prototypes -fPIC -DMAJOR_VERSION=1 -DMINOR_VERSION=0 -I/usr/local/include -I/usr/local/include/python2.2 -c demo.c -o build/temp.linux-i686-2.2/demo.o

gcc -shared build/temp.linux-i686-2.2/demo.o -L/usr/local/lib -ltcl83 -o build/lib.linux-i686-2.2/demo.so

这些行代码仅用于展示目的;distutils用户应该相信distutils能正确调用。

4.2. 发布你的扩展模块

当一个扩展已经成功地被构建时,有三种方式来使用它。

最终用户通常想要安装模块,可以这么运行

python setup.py install

模块维护者应该制作源码包;要实现可以运行

python setup.py sdist

有些情况下,需要在源码发布包里包含额外的文件;这通过 MANIFEST.in 文件实现,查看 Specifying the files to distribute 了解细节。

如果源码发行包被成功地构建,维护者还可以创建二进制发行包。 取决于具体平台,以下命令中的一个可以用来完成此任务

python setup.py bdist_rpm
python setup.py bdist_dumb