python如何引入c编写的模块

Python 引入 C 编写的模块：使用 ctypes、Cython、编写扩展模块

Python 可以通过多种方式引入用 C 编写的模块，这些方式包括使用 ctypes、Cython、编写扩展模块。其中，ctypes 是一种直接调用 C 库的方式，Cython 则是通过一种静态编译的方式来增强 Python 和 C 之间的互操作性，编写扩展模块 则是通过定义 Python 扩展来实现更高性能的集成。以下将详细介绍如何通过这三种方式实现 Python 和 C 的互操作。

一、使用 ctypes 调用 C 函数

1.1 什么是 ctypes

ctypes 是 Python 的一个外部函数库，它提供了 C 兼容的数据类型，并允许调用 DLL（Dynamic-link library）或共享库中的函数。

1.2 使用 ctypes 的基本步骤

要使用 ctypes 调用 C 函数，首先需要一个编译好的 C 动态库（如 .dll、.so 文件），然后通过 ctypes 的接口加载该库并调用其中的函数。

1.2.1 编写 C 代码并编译成共享库

首先，编写一个简单的 C 函数并将其编译成共享库。以下是一个简单的 C 代码示例：

// example.c
#include <stdio.h>
void say_hello() {
    printf("Hello from C!n");
}

编译成共享库（Linux 下）：

gcc -shared -o example.so -fPIC example.c

1.2.2 使用 ctypes 调用 C 函数

在 Python 中使用 ctypes 加载并调用这个共享库：

import ctypes
加载共享库
example_lib = ctypes.CDLL('./example.so')
调用 C 函数
example_lib.say_hello()

1.3 处理复杂数据类型

ctypes 不仅可以处理简单的 C 函数，还可以处理复杂的数据类型，如结构体、数组等。例如：

// example.c
#include <stdio.h>
typedef struct {
    int x;
    int y;
} Point;
void print_point(Point p) {
    printf("Point: (%d, %d)n", p.x, p.y);
}

编译后，在 Python 中调用：

import ctypes
class Point(ctypes.Structure):
    _fields_ = [("x", ctypes.c_int), ("y", ctypes.c_int)]
example_lib = ctypes.CDLL('./example.so')
example_lib.print_point.argtypes = [Point]
p = Point(3, 4)
example_lib.print_point(p)

二、使用 Cython

2.1 什么是 Cython

Cython 是一种编程语言，它是 Python 的超集，并允许我们将 Python 代码编译为 C 代码，从而提高性能并实现与 C 代码的无缝集成。

2.2 使用 Cython 编写扩展模块

2.2.1 编写 Cython 代码

首先，编写一个简单的 Cython 代码文件（.pyx 文件）：

# example.pyx
cdef extern from "example.h":
    void say_hello()
def call_say_hello():
    say_hello()

2.2.2 编写 setup.py 文件

然后，编写一个 setup.py 文件来编译这个 Cython 代码：

# setup.py
from distutils.core import setup
from Cython.Build import cythonize
setup(
    ext_modules = cythonize("example.pyx")
)

2.2.3 编译 Cython 代码

运行以下命令编译 Cython 代码：

python setup.py build_ext --inplace

2.2.4 在 Python 中调用

编译完成后，可以在 Python 中直接导入并调用：

import example
example.call_say_hello()

2.3 使用 Cython 处理复杂数据类型

Cython 还可以处理复杂的数据类型，如结构体、数组等。例如：

# example.pyx
cdef extern from "example.h":
    ctypedef struct Point:
        int x
        int y
    void print_point(Point p)
def call_print_point(int x, int y):
    cdef Point p
    p.x = x
    p.y = y
    print_point(p)

然后编译并调用：

import example
example.call_print_point(3, 4)

三、编写 Python C 扩展模块

3.1 什么是 Python C 扩展模块

Python C 扩展模块是通过 C 语言编写的动态库，这些库可以直接在 Python 中导入并使用。它们通常用于提高性能或访问底层系统资源。

3.2 编写 C 扩展模块的基本步骤

3.2.1 编写 C 扩展代码

首先，编写一个简单的 C 扩展代码：

// examplemodule.c
#include <Python.h>
static PyObject* py_say_hello(PyObject* self, PyObject* args) {
    printf("Hello from C!n");
    Py_RETURN_NONE;
}
static PyMethodDef ExampleMethods[] = {
    {"say_hello", py_say_hello, METH_VARARGS, "Print 'Hello from C!'"},
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};
static struct PyModuleDef examplemodule = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT,
    "example",
    NULL,
    -1,
    ExampleMethods
};
PyMODINIT_FUNC PyInit_example(void) {
    return PyModule_Create(&examplemodule);
}

3.2.2 编写 setup.py 文件

然后，编写一个 setup.py 文件来编译这个 C 扩展：

# setup.py
from distutils.core import setup, Extension
module = Extension('example', sources=['examplemodule.c'])
setup(
    name='example',
    version='1.0',
    description='Python Package with C Extension',
    ext_modules=[module]
)

3.2.3 编译 C 扩展

运行以下命令编译 C 扩展：