展开菜单
首页 精品内容 本月促销 装机必备 Windows PDF教程 macOS软件 IOS软件 Android AI 专题
全部分类

当前位置:

首页 > 编程开发 > Boost Python互调实现

Boost Python互调实现

Boost.Python简化了C++扩展Python模块的开发,封装了引用计数与类型转换。通过handle和call_method,可便捷地嵌入Python模块、调用函数及操作类对象。支持使用BOOST_PYTHON_MODULE导出C++函数供Python调用,但需手动添加模块路径并调用初始化函数。

本文目录

    Boost.Python 是 Boost 库家族里一个特别实用的成员,它的主要使命是让 C++ 开发者能更轻松地为 Python 编写扩展模块。坦白说,以前用纯 Python C API 写扩展,那叫一个繁琐,各种引用计数、类型转换,稍不留神就内存泄漏。Boost.Python 把这些脏活累活都封装好了,开发效率直接拉满。目前它对 Python 嵌入 C++ 的支持还不够全面,但光是它提供的那些工具,就已经能省下大把功夫了。另外,华宇煜写过一份 Boost.Python 简明教程,内容很扎实,可以作为补充阅读。

    1 Boost 安装简介

    在正式动手写代码之前,得先把 Boost 编译出来。先到 Boost 官网下载源码包,解压到顺手的位置。另外提醒一句:安装 Boost.Python 之前,确保 Python 已经正确安装好了,这是前置条件。

    1.1 Linux 下的编译

    先切到 Boost 源码目录,执行 ./configure 脚本。配置时要把 Python 相关的参数传进去,比如 Python 解释器路径、版本号和根目录:

    ./configure --with-python=/usr/bin/python --with-python-version=2.4 --with-python-root=/usr

    然后跟大部分 Linux 程序一样,直接 make 开始编译。编译完成后,切到 root 权限执行 make install,Boost 的头文件和库文件就会自动拷贝到系统相应位置,接下来就能直接用了。

    1.2 使用 MinGW + MSys 在 Windows 下的编译

    Windows 环境下的编译稍微多一步。首先需要编译 Boost 自己的构建工具 bjam。进到 Boost 源码目录下的 tools/build/jam_src,执行 build.bat mingw,等一会就能拿到 bjam.exe。把它放到 %PATH% 能直接找到的目录里,比如 C:\Windows\System32 或者自己建一个工具目录加到环境变量。

    然后切回 Boost 源码根目录,执行 bjam 编译。需要提供 Python 相关的变量:PYTHON_ROOT 指向 Python 安装目录(比如 E:\Python),PYTHON_VERSION 填版本号(比如 2.4)。具体命令如下:

    bjam.exe "-sTOOLS=mingw" "-sPYTHON_ROOT=E:\Python" "-sPYTHON_VERSION=2.4"

    编译完成后,头文件和库文件会默认放在 C:\Boost 下,你可以根据需要挪到其他地方备用。

    2 使用 Boost.Python 嵌入 Python 模块到 C++

    Boost.Python 目前并没有提供完整的 Python 嵌入 C++ 的包装库,所以很多底层操作还是得借助 Python C API 来完成。不过有了 Boost.Python 的几个工具模块,至少一些繁琐的引用计数和类型转换工作可以被大大简化。

    2.1 修改模块加载路径,装入 Python 模块

    跟所有嵌入 Python 的 C/C++ 程序一样,第一步是在第一条 #include 之前包含 Python.h,然后在程序开始时调用 Py_Initialize(),结束时调用 Py_Finalize()。

    接下来要准备加载 Python 模块。为了让 Python 解释器能找到模块文件,需要把模块所在路径添加到搜索路径中。对应的 Python 语句大致是这样的:

    import sys
    if not '/module/path' in sys.path:
        sys.path.append('/module/path')

    用 Python C API 执行类似的代码就行了。路径添加好之后,用 PyImport_ImportModule 函数加载模块,它会返回一个 PyObject *。为了避免手动处理引用计数的麻烦,可以用 Boost.Python 提供的 handle 来包装这个指针:

    #include 
    
    ...
    
    boost::python::handle<>* _module; // Module handle.
    std::string path;   // Path of the Python module.
    std::string module; // Module name.
    
    ...
    
    try
    {
        PyRun_SimpleString("import sys");
        PyRun_SimpleString((std::string("if not '") + path
            + "' in sys.path: sys.path.append('" + path + "')").c_str());
        _module = new boost::python::handle<>(
            PyImport_ImportModule((char *) module));
        ...
    }
    catch (...)
    {
        PyErr_Print();
        PyErr_Clear();
        delete _module;
        _module = NULL;
        return false;
    }
    
    ...

    需要特别注意的是:通过 Python C API 初始化后的解释器并不会把当前目录自动加入搜索路径。所以即使你的 Python 模块就放在当前目录,也必须用上面的代码手动把当前路径加进去,否则 PyImport_ImportModule 会找不到模块。

    当 Python 模块使用完毕或程序退出时,记得用 delete 释放 _module 指针。handle 被释放时会自动处理底层的 Python 模块引用计数和资源回收。

    2.2 调用 Python 函数

    导入模块之后,调用 Python 函数就变得非常顺畅了。Boost.Python 提供了一个好用的模板函数 boost::python::call_method,它把调用过程中所有细节都封装好了:不用再手动把 C++ 参数打包成 PyObject *、构造 Tuple、传递参数、解包返回值。你只需要这样写:

    boost::python::call_method<返回值类型>(模块指针, "Python 函数名",
            参数 1, 参数 2, ...);

    模块指针可以通过之前那个 _module 的 get() 方法获得,例如:

    ...
    bool result;
    std::string config_file;
    
    ...
    
    try
    {
        return boost::python::call_method(_module->get(), "initialize",
            config_file);
    }
    catch (...)
    {
        PyErr_Print();
        PyErr_Clear();
        ...
    }
    
    ...

    2.3 使用 Python 类对象

    通过 Python C API 调用 Python 类对象和调用普通函数的思路基本一致。只需要调用类的构造方法得到一个对象,然后把这个对象的指针当作模块指针,用同样的方式调用它的成员方法。下面这段代码演示了如何从 _module 创建一个 YukiSession 对象、构造一个 Python list、调用其成员方法,以及从 list 中提取元素:

    ...
    boost::python::handle<> _yukisession;
    
    ...
    
    // Retrieve the module handle and namespace handle.
    boost::python::object main_module(*_module);
    boost::python::object main_namespace = main_module.attr("__dict__");
    
    // Call the method and get the object handle.
    _yukisession = boost::python::handle<>((PyRun_String(
        "YukiSession()", Py_eval_input,
        main_namespace.ptr(), main_namespace.ptr())));
    
    ...
    
    // Compose a list.
    boost::python::list param;
    param.append(boost::python::str(_addr.get_host_addr()));
    param.append(boost::python::str());
    
    // Call the method and retrieve the result.
    // Method is equivalent to:
    // "bool __thiscall YukiSession::on_welcome(list param);"
    result = boost::python::call_method
        (_yukisession.get(), "on_welcome", param);
    
    // Extract an item from a list.
    str = boost::python::call_method
        (param.ptr(), "__getitem__", 1);
    
    ...

    3 在嵌入的 Python 模块中调用 C++ 程序

    通过动态链接库方式使用 Boost.Python 导出 C++ 模块到 Python,和直接在 C++ 可执行程序中导出模块给嵌入的 Python 解释器,编写方式几乎完全一样。这里只简单介绍导出普通函数的方法。如果想进一步了解导出 C++ 类、导出可被 Python 重载的类等高级功能,建议查阅华宇煜的 Boost.Python 简明教程或者官方文档。

    3.1 导出 C++ 函数

    用 BOOST_PYTHON_MODULE 宏定义要导出的 Python 模块,然后在宏内部用 boost::python::def 声明导出的函数、参数名和文档字符串。比如下面这个例子,导出了 C++ 函数 yukigettext,并在 Python 中重命名为 gettext:

    const char *yukigettext(const char *id);
    
    BOOST_PYTHON_MODULE(yuki)
    {
        boost::python::def("gettext", yukigettext,
            boost::python::args("id"), "Translate message.");
    }

    3.2 为 Python 初始化 C++ 模块

    使用 BOOST_PYTHON_MODULE(name) 宏后,会自动生成一个名为 initname 的函数。我们需要在 Py_Initialize() 之后调用这个函数来初始化导出模块。例如刚才导出的模块名为 yuki,那么初始化时就调用 inityuki():

    ...
    Py_Initialize();
    inityuki();
    ...

    3.3 在 Python 模块中调用 C++ 模块

    现在,在 Python 代码中就可以像导入普通模块一样导入这个 C++ 模块,然后直接调用里面的函数:

    import yuki
    
    ...
    
    print yuki.gettext("This is a test!")


    本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
    作者最新文章
    编程开发 Python
    相关文章 更多
    精品专题 更多
    装机必备

    正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

    Windows

    正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

    PDF教程

    正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

    macOS软件

    正软商城macOS软件专区,精选适用于Mac电脑的办公、设计、影音、效率、开发和系统工具,提供软件功能介绍、macOS兼容版本、正版授权及购买下载服务。

    IOS软件

    正软商城iOS软件专区,精选适用于iPhone和iPad的办公、学习、影音、设计、效率及AI应用,提供功能介绍、适用设备、系统要求和正版获取方式等信息。

    AI

    正软商城AI软件专区,汇集AI写作、AI绘画、AI视频、AI办公、AI编程、AI翻译、智能客服和数据分析等人工智能工具,提供功能介绍、适用平台、收费方式及正版购买信息。

    Mac软件 更多
    火山引擎 网页版
    火山引擎 网页版

    火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

    立刻MV 网页版
    立刻MV 网页版

    立刻MV 面向音乐人、内容创作者和品牌团队,帮助用户低成本完成歌曲 MV、歌词视频、AI 分镜、图生视频与最终合成。

    蛙蛙写作 网页版
    蛙蛙写作 网页版

    蛙蛙写作 AI 创作工具,覆盖小说、剧本、文案,一键生成文稿,打通文字转视频全流程,高效解决创作难题。

    讯飞智作 网页版
    讯飞智作 网页版

    讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

    超级简历WonderCV 网页版
    超级简历WonderCV 网页版

    超级简历WonderCV是面向应届生和AI小白的智能求职平台,覆盖简历、面试与职业规划。

    音述AI 网页版
    音述AI 网页版

    音述AI,是一个以“用声音述说故事”为核心的 AI 音乐创作与声音分享社区。

    AionClaw macOS版
    AionClaw macOS版

    AionClaw 是可在桌面端运行的任务型 AI 助手,通过数字专家与技能市场组合办公、创作、数据和开发能力。

    Loomy macOS版
    Loomy macOS版

    Loomy 是科大讯飞推出的桌面 AI 助手,可通过对话、任务与工作目录协助处理办公、内容创作和资料整理。

    AirBuddy 3 macOS版
    AirBuddy 3 macOS版

    AirBuddy 3 是面向 macOS 的蓝牙外设增强工具,可集中查看 AirPods、Beats 与苹果设备电量,提供快速连接、播放控制、电量提醒、桌面小组件和多台 Mac 外设接力等功能。

    AirServer macOS版
    AirServer macOS版

    AirServer macOS版可把 Mac 转换为无线投屏接收端,通过 AirPlay 或 Google Cast 接收手机、平板和电脑画面,并支持多设备同时连接、高清镜像及会话录制,适合家庭娱乐、课堂教学、会议演示和应用展示。

    AnyDesk macOS版
    AnyDesk macOS版

    AnyDesk macOS版是一款适用于远程办公、设备维护和客户支持的远程桌面工具,可连接并操作异地计算机,支持文件传输、无人值守访问、会话权限控制及跨平台协作。

    Beamer 4 macOS版
    Beamer 4 macOS版

    Beamer 4是面向macOS的本地视频投屏工具,可将Mac中的影片投放到Apple TV、Chromecast及兼容设备,支持常见格式、多类字幕、环绕声、播放列表和电视遥控操作。

    WINDOWS 更多
    火山引擎 网页版
    火山引擎 网页版

    火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

    立刻MV 网页版
    立刻MV 网页版

    立刻MV 面向音乐人、内容创作者和品牌团队,帮助用户低成本完成歌曲 MV、歌词视频、AI 分镜、图生视频与最终合成。

    蛙蛙写作 网页版
    蛙蛙写作 网页版

    蛙蛙写作 AI 创作工具,覆盖小说、剧本、文案,一键生成文稿,打通文字转视频全流程,高效解决创作难题。

    讯飞智作 网页版
    讯飞智作 网页版

    讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

    超级简历WonderCV 网页版
    超级简历WonderCV 网页版

    超级简历WonderCV是面向应届生和AI小白的智能求职平台,覆盖简历、面试与职业规划。

    音述AI 网页版
    音述AI 网页版

    音述AI,是一个以“用声音述说故事”为核心的 AI 音乐创作与声音分享社区。

    AionClaw Windows版
    AionClaw Windows版

    AionClaw 是可在桌面端运行的任务型 AI 助手,通过数字专家与技能市场组合办公、创作、数据和开发能力。

    Loomy Windows版
    Loomy Windows版

    Loomy 是科大讯飞推出的桌面 AI 助手,可通过对话、任务与工作目录协助处理办公、内容创作和资料整理。

    讯飞绘文 网页版
    讯飞绘文 网页版

    讯飞绘文网页版是科大讯飞推出的AI图文创作与内容运营工具,覆盖热点选题、文章生成、稿件校对、智能配图、排版发布和数据复盘等环节,适合自媒体创作者及内容团队在线使用。

    AirServer Windows版
    AirServer Windows版

    AirServer Windows版可把电脑变成AirPlay、Google Cast和Miracast无线投屏接收端,适合会议演示、课堂教学及家庭大屏分享。发送设备通常无需另装客户端,并可同时接收和智能排列多个镜像会话。

    AlwaysUp Windows版
    AlwaysUp Windows版

    AlwaysUp是一款面向Windows的系统服务注册与程序托管工具,可让普通应用、脚本及批处理在无人登录时随系统启动,并通过状态检测、异常重启、资源监控和邮件通知保障关键任务持续运行。

    AnyDesk Windows版
    AnyDesk Windows版

    AnyDesk Windows版是一款轻量化远程桌面与技术支持工具,可用于控制异地电脑、传输文件、远程打印及无人值守访问。它兼顾连接响应、安全权限和部署灵活性,适合个人远程办公、企业设备维护与客服支持。