【Python笔记】如何用C语言实现Python第三方扩展包

Python支持C/C++实现的第3方扩展包，在性能要求高的场合，这种特性显得尤其重要。

本文以实例说明定制Python扩展包的基本步骤。

1. 扩展包源码实现

按照Python官网教程Extending Python with C or C++说明的步骤，扩展模块的源文件实现如下：

#include <Python.h>

// forward declaration
void initpyext(void);

// self-defined error obj
static PyObject * ExtError;

int main(int argc, char * argv[])
{
    // Pass argv[0] to the Python interpreter
    Py_SetProgramName(argv[0]);
    // Initialize the Python interpreter. Required.
    Py_Initialize();

    initpyext();

    Py_Exit(0);
    // not reached, warning will be printed when build the extension
}

static PyObject * py_ext_test_func(PyObject * self, PyObject * args)
{
    const char * command;
    int sts;

    if(!PyArg_ParseTuple(args, "s", &command)) {
        return NULL;
    }

    sts = system(command);
    if(sts < 0) {
        PyErr_SetString(ExtError, "System command failed");
        return NULL;
    }

    return PyLong_FromLong(sts);
}

static PyMethodDef PyextMethods[] = {
    {"ext_cmd", py_ext_test_func, METH_VARARGS, "Execute a shell command." },
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};

PyMODINIT_FUNC initpyext(void)
{
    PyObject * m;
    m = Py_InitModule("pyext", PyextMethods);
    if(NULL == m) {
        return;
    }

    ExtError = PyErr_NewException("pyext.error", NULL, NULL);
    Py_INCREF(ExtError);
    PyModule_AddObject(m, "error", ExtError);
}

上面的代码展示的是一个典型的针对Python的c扩展源码布局：

1. 定义main函数，作为扩展模块的入口

2. main函数调用initpyext()，initpyext函数名必须是initname格式，其中name是扩展模块名（扩展模块名由Py_InitModule的参数指定）

3. initpyext函数中，调用Py_InitModule初始化扩展模块名及其支持的方法名，其中method list是由static数组PyextMethods定义的

4. PyextMethods数组中，注册扩展模块支持的methods的name及其对应的函数指针

5. 为每个在PyextMethods数组中注册的method定义并实现具体的行为

2. 扩展文件编译/链接

根据官网文档Building C and C++ Extensions with distutils，可以这样编译扩展并安装至python第三方package目录：

$> python setup.py build
running build
running build_ext
building 'pyext' extension
gcc -pthread -fno-strict-aliasing -g -O2 -DNDEBUG -g -fwrapv -O3 -Wall -Wstrict-prototypes -fPIC -I/home/slvher/tools/python-2.7.5/include/python2.7 -c pyext.c -o build/temp.linux-x86_64-2.7/pyext.o
pyext.c: In function `main':
pyext.c:28: warning: control reaches end of non-void function
gcc -pthread -shared build/temp.linux-x86_64-2.7/pyext.o -o build/lib.linux-x86_64-2.7/pyext.so

注意：这里直接用python调用setup.py是因为在PATH中设置了python的默认环境变量，如果当前系统默认的python解释器不是我们想要用来编译扩展的解释器时，需要用python的绝对路径调用。

3. 安装扩展包

$> python setup.py install
running install
running build
running build_ext
running install_lib
copying build/lib.linux-x86_64-2.7/pyext.so -> /home/slvher/tools/python-2.7.5/lib/python2.7/site-packages
running install_egg_info
Writing /home/slvher/tools/python-2.7.5/lib/python2.7/site-packages/TestPyExtPackage-1.0-py2.7.egg-info

4. 验证是否可用

安装成功后，进入python解释器，import扩展模块后，可以调用其方法名：

>>> import pyext
>>> pyext.ext_cmd("echo hello world")
hello world
0L
>>> 

【参考资料】

1. Extending Python with C or C++

2. Building C and C++ Extensions with distutils

====================== EOF ==================