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Python C API的使用详解（一）

兰玉磊

简介

介绍一下Python虚拟机的初始化及退出，Python基本数据类型的对象创建以及C和Python之间的数据类型互相转换。

Python虚拟机的初始化及退出

初始化Python虚拟机需要调用Py_Initialize()来实现。

Py_IsInitialized()用于判断Python虚拟机初始化是否成功，True是成功，False是失败。

C/C++中调用Python之前必须先初始化虚拟机。

退出虚拟机的时候调用Py_Finalize()。

进程退出时要退出Python虚拟机。

实例：

#include <stdio.h>
#include <Python.h>
using namespace std;

int main() {

    // 初始化Python虚拟机
    Py_Initialize();
    // 判断Python虚拟机是否成功
    if (Py_IsInitialized() == 0){
        printf("fal to initialize Python\n");
        return -1;
    }

    printf("server start\n");

    // 退出Python虚拟机
    Py_Finalize();
    return 0;
}

编译方式及参数:

下面是Python2的编译方式，Python3的话，只需要将Python的库路径改成Python3的即可
g++ -I/usr/include/python2.7 -c main.cpp
g++ -o main main.o -L/usr/local/lib -lpython2.7 -lrt -lpthread -lutil -ldl

PyObject

Python的所有对象类型都是此类型的扩展。 这是一种类型，它包含Python将对象的指针视为对象所需的信息。 在正常的“发布”版本中，它仅包含对象的引用计数和指向相应类型对象的指针。 实际上没有任何东西被声明为PyObject，但是每个指向Python对象的指针都可以转换为PyObject *。 必须使用宏Py_REFCNT和Py_TYPE来访问成员。

宏描述，不包括全部

Py_TYPE:  获取Python对象的数据类型
Py_REFCNT： Python的引用计数器
Py_SIZE:  获取Python数据大小
还有很多...

Py_BuildValue

可以使用其将C的所有基本数据类型转换成Python可访问的数据类型。

标识符介绍：

s(str或None)[char *]
使用'utf-8'编码将以null结尾的C字符串转换为Python str对象。如果C字符串指针为NULL，则表示None。

s＃(str或None)[char *，int]
使用'utf-8'编码将C字符串及其长度转换为Python str对象。如果C字符串指针为NULL，则忽略长度返回None。

y(字节)[char *]
这会将C字符串转换为Python字节对象。如果C字符串指针为NULL，则返回None。

y＃(字节)[char *，int]
这会将C字符串及其长度转换为Python对象。如果C字符串指针为NULL，则返回None。

z(str或None)[char *]
与s相同。

z＃(str或None)[char *，int]
与s＃相同。

u(str)[Py_UNICODE *]
将Unicode(UCS-2或UCS-4)数据的以null结尾的缓冲区转换为Python Unicode对象。如果Unicode缓冲区指针为NULL，则返回None。

u＃(str)[Py_UNICODE *，int]
将Unicode(UCS-2或UCS-4)数据缓冲区及其长度转换为Python Unicode对象。如果Unicode缓冲区指针为NULL，则忽略长度并返回None。

U(str或None)[char *]
与s相同。

U＃(str或None)[char *，int]
与s＃相同。

i(int)[int]
将普通的C int转换为Python整数对象。

b(int)[char]
将纯C char转换为Python整数对象。

h(int)[short int]
将普通的C short int转换为Python整数对象。

l(int)[long int]
将C long int转换为Python整数对象。

B(int)[unsigned char]
将C unsigned char转换为Python整数对象。

H(int)[unsigned short int]
将C unsigned short int转换为Python整数对象。

I(int)[unsigned int]
将C unsigned int转换为Python整数对象。

k(int)[unsigned long]
将C unsigned long转换为Python整数对象。

L(int)[long long]
将C long long转换为Python整数对象。

K(int)[unsigned long long]
将C unsigned long long转换为Python整数对象。

n(int)[Py_ssize_t]
将C Py_ssize_t转换为Python整数。

c(长度为1的字节)[char]
将表示字节的C int转换为长度为1的Python字节对象。

C(长度为1的str)[int]
将表示字符的C int转换为长度为1的Python str对象。

d(float) [double] 
将C double转换为Python浮点数。

f(float) [float] 
将C float转换为Python浮点数。

D(complex) [Py_complex *]
将C Py_complex结构转换为Python复数。

O(object) [PyObject *]
不改变Python对象的传递(引用计数除外，它增加1)。如果传入的对象是NULL指针，则假定这是因为产生参数的调用发现错误并设置了异常。因此，Py_BuildValue()将返回NULL但不会引发异常。如果尚未引发异常，则设置SystemError。

S(object) [PyObject *]
与O相同

N((object) [PyObject *]
与O相同，但不会增加对象的引用计数。通过调用参数列表中的对象构造函数创建对象时很有用。

O＆(object) [converter, anything] 
通过转换器函数将任何内容转换为Python对象。该函数被调用任何东西(应与void *兼容)作为其参数，并应返回“新”Python对象，如果发生错误则返回NULL。

(items) (tuple) [matching-items] 
将一系列C值转换为具有相同项目数的Python元组。

[items]

(list) [matching-items]将一系列C值转换为具有相同项目数的Python列表。{items}(dict) [matching-items] 将一系列C值转换为Python字典。每对连续的C值将一个项添加到字典中，分别用作键和值。如果格式字符串中存在错误，则设置SystemError异常并返回NULL。

创建整型的Python对象

使用Py_BuildValue创建整型对象。

void int_object(){
    // 第一种方式
    PyObject *py_ival = Py_BuildValue("i", -5987);   // Python有符号整型
    PyObject *py_ival2 = PyLong_FromLong(-8979);
    int ival = PyLong_AsLong(py_ival);   // 把Python有字符整型转换成C的有字符整型
    int ival2 = PyLong_AsLong(py_ival2);   // 把Python有字符整型转换成C的有字符整型
    printf("ival = %d, ival2 = %d\n", ival, ival2);

    // 第二种方式
    PyObject *py_uval = Py_BuildValue("I", 465486);   // Python无符号整型
    PyObject *py_uval2 = PyLong_FromUnsignedLong(1654864);
    unsigned int uval = PyLong_AsUnsignedLong(py_uval);        // 把Python无字符整型转换成C的无字符整型
    unsigned int uval2 = PyLong_AsUnsignedLong(py_uval2);        // 把Python无字符整型转换成C的无字符整型
    printf("uval = %u, uval2 = %u\n", uval, uval2);
}

创建长整型的Python对象

void long_object(){
    // 第一种方式
    PyObject *py_lval = Py_BuildValue("L", 45648946484984);   // Python 长整型
    long long c_lval = PyLong_AsLongLong(py_lval);   // 转换成C的长整型
    printf("clval = %lld\n", c_lval);

    // 第二种方式
    PyObject *py_lval2 = PyLong_FromLongLong(234234623454525);   // PyLong_FromLongLong 使用方法定义一个Python长整型
    long long c_lval2 = PyLong_AsLongLong(py_lval2);   // 转换成C的长整型
    printf("clval2 = %lld\n", c_lval2);
}

创建浮点类型的Python对象

void double_object(){
    // 第一种方式
    float fval = 632.045;
    PyObject *py_fval = Py_BuildValue("d", fval);   // Python 浮点类型
    float c_fval = PyFloat_AsDouble(py_fval);    // C的浮点类型
    printf("fval = %f\n", c_fval);

    // 第二种方式
    double  dval = 48941546.578;
    PyObject *py_dval = PyFloat_FromDouble(dval);   // Python 浮点类型
    double c_dval = PyFloat_AsDouble(py_dval);   // C的浮点类型
    printf("c_dval = %lf\n", c_dval);
}

创建布尔类型对象

void boolean_object(){
    // 第一种方式
    bool bval = true;   // false 反之
    PyObject *py_bval = Py_BuildValue("b", bval);   // Python 布尔类型
    int c_bval = PyInt_AsLong(py_bval);
    printf("c_bval = %d\n", c_bval);

    // 第二种方式
    bool bval2 = false;
    PyObject *py_bval2 = PyBool_FromLong(bval2);   // Python 布尔类型
    int c_bval2 = PyInt_AsLong(py_bval2);
    printf("c_bval2 = %d\n", c_bval2);
}

创建Python string对象

void string_object(){
    // 第一种方式
    const char *pstr = "this is a test";
    PyObject *py_str = Py_BuildValue("s", pstr);   // Python 字符串对象
    char *c_pstr = PyString_AsString(py_str);   // 转成C的字符指针
    printf("c_pstr = %s\n", c_pstr);

    // 第二种方式
    const char *pstr2 = "this is a test1";
    PyObject *py_str2 = PyString_FromString(pstr2);   // Python 字符串对象
    char *c_pstr2 = PyString_AsString(py_str2);   // 转成C的字符指针
    printf("c_pstr2 = %s\n", c_pstr2);

    // 创建一个二进制的字符串对象
    // 第一种方式
    const int mem_len = 1024;
    char *mem = new char[mem_len];
    PyObject *py_mem = Py_BuildValue("s#", mem, mem_len);  // 1. 数据的类型 2. 指向数据的指针 3. 数据的长度
    int c_data_len = PyString_Size(py_mem);
    printf("c_data_len = %d\n", c_data_len);

    // 第二种方式
    PyObject *py_mem2 = PyString_FromStringAndSize(mem, mem_len);
    int c_data_len2 = PyString_Size(py_mem2);
    printf("c_data_len2 = %d\n", c_data_len2);

}

创建unicode字符串对象

void unicode_object(){
    const char *p_ustr = "兰玉磊";
    PyObject *py_unicode = PyUnicode_FromString(p_ustr);  // 把C的字符串转成Python的unicode

    // 把unicode转成C的字符串
    PyObject *py_utf8 = PyUnicode_AsUTF8String(py_unicode);   // 把unicode转成utf-8
    const char *c_string = PyString_AsString(py_utf8);   // 把utf-8转成c的字符串
    printf("c_utf8 = %s\n", c_string);

    // 格式化unicode字符串
    // 创建一个unicode字符串
    PyObject *py_unicode_fmt = PyUnicode_FromFormat("%s%d%s", "我今年", 18, "岁");
    // 把unicode转C字符串
    PyObject *py_utf8_fmt = PyUnicode_AsUTF8String(py_unicode_fmt);
    const char *utf8_fmt = PyString_AsString(py_utf8_fmt);
    printf("utf8_fmt = %s\n", utf8_fmt);
}

使用Py_None

Py_None是一个全局的变量

PyObject* none_object(){
    Py_RETURN_NONE;   // 不需要自己return
}

main函数

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <Python.h>
int main() {

    // 初始化Python虚拟机
    Py_Initialize();
    // 判断Python虚拟机是否成功
    if (Py_IsInitialized() == 0){
        printf("fal to initialize Python\n");
        return -1;
    }

    printf("server start\n");
    int_object();
    long_object();
    double_object();
    boolean_object();
    string_object();
    unicode_object();
    PyObject *py_ret = none_object();
    if (py_ret == Py_None){
        printf("is none object\n");
    }else{
        printf("is not none object\n");
    }

    // 退出Python虚拟机
    Py_Finalize();
    return 0;
}
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