python和c如何互相调用

Python和C互相调用的方法主要有：使用C扩展、使用ctypes库、使用Cython、使用SWIG。以下将详细介绍使用C扩展的方法。

Python和C语言互相调用是高效混合编程的一种方式，通常用于在需要高性能计算的部分使用C语言编写，而在需要快速开发和便于维护的部分使用Python。C扩展是其中一种常用的方法，通过编写C语言的动态链接库并将其导入到Python中，可以实现两种语言的互相调用。下面将详细介绍如何使用C扩展来实现Python和C的互相调用。

一、C扩展：基本介绍与原理

C扩展是指通过编写C语言的代码，并将其编译为Python可以使用的动态链接库（如.so文件或.dll文件），从而在Python中调用这些C代码。其原理是通过Python的C API进行交互。

1.1、为什么选择C扩展？

高性能：C语言的执行速度比Python快很多，适合用于计算密集型任务。
灵活性：可以利用C语言的系统级功能和库。
易于集成：通过C扩展，Python代码可以轻松调用C语言函数和数据结构。

二、编写C扩展模块

2.1、编写C代码

首先，我们编写一个简单的C函数，并将其导出为Python模块。假设我们要编写一个计算两个整数之和的函数。

#include <Python.h>
// 定义一个C函数
static PyObject* my_sum(PyObject* self, PyObject* args) {
    int a, b;
    // 从Python传递的参数中解析出两个整数
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &a, &b)) {
        return NULL;
    }
    // 返回计算结果
    return Py_BuildValue("i", a + b);
}
// 模块方法定义
static PyMethodDef MyMethods[] = {
    {"my_sum", my_sum, METH_VARARGS, "Calculate the sum of two integers."},
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};
// 模块定义
static struct PyModuleDef mymodule = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT,
    "mymodule",  // 模块名
    NULL,        // 模块文档
    -1,          // 保持状态
    MyMethods    // 模块方法
};
// 模块初始化函数
PyMODINIT_FUNC PyInit_mymodule(void) {
    return PyModule_Create(&mymodule);
}

2.2、编译C代码

将上述C代码保存为mymodule.c，然后使用以下命令进行编译：

gcc -shared -o mymodule.so -fPIC $(python3-config --cflags) mymodule.c $(python3-config --ldflags)

这将生成一个名为mymodule.so的共享库文件，可以在Python中导入。

三、在Python中调用C扩展

3.1、导入并使用C扩展模块

在Python代码中，我们可以通过import语句导入编译好的C扩展模块并调用其中的函数。

import mymodule
result = mymodule.my_sum(3, 5)
print("The sum is:", result)

四、使用ctypes库

4.1、基本介绍

ctypes库是Python的一个外部函数接口库，允许调用动态链接库中的函数。无需编写C扩展代码，可以直接加载现有的C库并调用其函数。

4.2、示例

假设我们有一个现成的C库libmath.so，其中包含一个计算两个整数之和的函数int add(int, int)。

import ctypes
加载动态链接库
libmath = ctypes.CDLL('./libmath.so')
设置函数参数类型和返回类型
libmath.add.argtypes = (ctypes.c_int, ctypes.c_int)
libmath.add.restype = ctypes.c_int
调用C函数
result = libmath.add(3, 5)
print("The sum is:", result)

五、使用Cython

5.1、基本介绍

Cython是一种语言，它使得编写C扩展模块变得更加简单。Cython代码看起来像Python代码，但可以包含C类型声明，从而生成高效的C代码。

5.2、示例

编写一个简单的Cython代码mymodule.pyx：

def my_sum(int a, int b):
    return a + b

然后编写setup.py文件用于编译：

from setuptools import setup
from Cython.Build import cythonize
setup(
    ext_modules = cythonize("mymodule.pyx")
)

执行以下命令进行编译：

python setup.py build_ext --inplace

在Python中使用：

import mymodule
result = mymodule.my_sum(3, 5)
print("The sum is:", result)

六、使用SWIG

6.1、基本介绍

SWIG（Simplified Wrapper and Interface Generator）是一种工具，可以自动生成C/C++代码与多种高级编程语言（包括Python）之间的接口。

6.2、示例

首先编写一个C函数并创建一个接口文件mymodule.i：

// mymodule.c
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// mymodule.i
%module mymodule
%{
    #include "mymodule.h"
%}
extern int add(int a, int b);

使用SWIG生成包装代码并编译：

swig -python -o mymodule_wrap.c mymodule.i
gcc -shared -o _mymodule.so -fPIC $(python3-config --cflags) mymodule.c mymodule_wrap.c $(python3-config --ldflags)