Python的C语言扩展.pdfVIP

一、简介 Python 是一门功能强大的高级脚本语言，它的强大不仅表现在其自身的功能上，而且 还表现在其良好的可扩展性上，正因如此，Python 已经开始受到越来越多人的青睐， 并且被屡屡成功地应用于各类大型软件系统的开发过程中。 与其它普通脚本语言有所不同，Python 程序员可以借助Python 语言提供的API，使 用C 或者C++来对Python 进行功能性扩展，从而即可以利用Python 方便灵活的语 法和功能，又可以获得与C 或者C++几乎相同的执行性能。执行速度慢是几乎所有脚 本语言都具有的共性，也是倍受人们指责的一个重要因素，Python 则通过与C 语言 的有机结合巧妙地解决了这一问题，从而使脚本语言的应用范围得到了很大扩展。 在用Python 开发实际软件系统时，很多时候都需要使用C/C++来对Python 进行扩 展。最常见的情况是目前已经存在一个用C 编写的库，需要在Python 语言中使用该 库的某些功能，此时就可以借助Python 提供的扩展功能来实现。此外，由于Python 从本质上讲还是一种脚本语言，某些功能用Python 实现可能很难满足实际软件系统 对执行效率的要求，此时也可以借助Python 提供的扩展功能，将这些关键代码段用C 或者C++实现，从而提供程序的执行性能。 本文主要介绍Python 提供的C 语言扩展接口，以及如何使用这些接口和C/C++语 言来对Python 进行功能性扩展，并辅以具体的实例讲述如何实现Python 的功能扩 展。 二、Python 的C 语言接口 Python 是用C 语言实现的一种脚本语言，本身具有优良的开放性和可扩展性，并提 供了方便灵活的应用程序接口(API)，从而使得C/C++程序员能够在各个级别上对 Python 解释器的功能进行扩展。在使用C/C++对Python 进行功能扩展之前，必须 首先掌握Python 解释所提供的C 语言接口。 2.1 Python 对象(PyObject) Python 是一门面向对象的脚本语言，所有的对象在Python 解释器中都被表示成 PyObject，PyObject 结构包含Python 对象的所有成员指针，并且对Python 对象 的类型信息和引用计数进行维护。在进行Python 的扩展编程时，一旦要在C 或者C++ 中对Python 对象进行处理，就意味着要维护一个PyObject 结构。 在Python 的C 语言扩展接口中，大部分函数都有一个或者多个参数为PyObject 指 针类型，并且返回值也大都为PyObject 指针。 2.2 引用计数 为了简化内存管理，Python 通过引用计数机制实现了自动的垃圾回收功能，Python 中的每个对象都有一个引用计数，用来计数该对象在不同场所分别被引用了多少次。 每当引用一次Python 对象，相应的引用计数就增 1，每当消毁一次Python 对象，则 相应的引用就减 1，只有当引用计数为零时，才真正从内存中删除Python 对象。 下面的例子说明了Python 解释器如何利用引用计数来对Pyhon 对象进行管理： 例1:refcount.py class refcount: # etc. r1 = refcount() # 引用计数为1 r2 = r1 # 引用计数为2 del(r1) # 引用计数为1 del(r2) # 引用计数为0，删除对象 在C/C++中处理Python 对象时，对引用计数进行正确的维护是一个关键问题，处理 不好将很容易产生内存泄漏。Python 的C 语言接口提供了一些宏来对引用计数进行 维护，最常见的是用Py_INCREF()来增加使Python 对象的引用计数增1，用 Py_DECREF()来使Python 对象的引用计数减1。 2.3 数据类型 Python 定义了六种数据类型：整型、浮点型、字符串、元组、列表和字典，在使用C 语言对Python 进行功能扩展时，首先要了解如何在C 和Python 的数据类型间进行 转化。 2.3.1 整型、浮点型和字符串 在Python 的C 语言扩展中要用到整型、浮点型和字符串这三种数据类型时相对比较 简单，只需要知道如何生成和维护它们就可以了。下面的例子给出了如何在C 语言中 使用Python 的这三种数据类型： 例2：typeifs.c // build an integer PyObject* pInt = Py_BuildValue(i, 2003); assert(PyInt_Check(p