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作者：窗户
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Python这些年风头一直很盛，占据了很多领域的位置，Web、大数据、人工智能、运维均有它的身影，甚至图形界面做的也很顺，乃至full-stack这个词语刚出来的时候，似乎就是为了描述它。
Python虽有GIL的问题导致多线程无法充分利用多核，但后来的multiprocess可以从多进程的角度来利用多核，甚至affinity可以绑定具体的CPU核，这个问题也算得到解决。虽基本为全栈语言，但有的时候为了效率，可能还是会去考虑和C语言混编。混编是计算机里一个不可回避的话题，涉及的东西很多，技术、架构、团队情况、管理、客户等各个环节可能对其都有影响，混编这个问题我想到时候再开一贴专门讨论。本文只讲python和C混编的方式，大致有如下几种方式（本文背景是linux，其他平台可以类比）：
共享库
使用C语言编译产生共享库，然后python使用ctype库里的cdll来打开共享库。
举例如下，C语言代码为
/* func.c */
int func(inta)
{return a*a;
}
python代码为
#!/usr/bin/env python
#test_so.py
from ctypes import cdll
importos
p= os.getcwd() + "/libfunc.so"f=cdll.LoadLibrary(p)print f.func(99)
测试如下
$ gcc -fPIC -shared func.c -o libfunc.so
$ ./test_so.py
9801
subprocess
C语言设计一个完整的可执行文件，然后python通过subprocess来执行该可执行文件，本质上是fork+execve。
举例如下，C语言代码为
/*test.c*/#include
int func(inta)
{return a*a;
}int main(int argc, char **argv)
{intx;
sscanf(argv[1], "%d", &x);
printf("%d ", func(x));return 0;
}
Python代码为
#!/usr/bin/env python#test_subprocess.py
importosimportsubprocess
subprocess.call([os.getcwd()+"/a.out", "99"])
测试如下
$ gcc test.c -o a.out
$ ./test_subprocess.py
9801
C语言中运行python程序
C语言使用popen/system或者直接以系统调用级fork+exec来运行python程序也是一种混编的手段了。
举例如下，Python代码如下
#!/usr/bin/env python#test.py
importsys
x= int(sys.argv[1])print x*x
C语言代码如下
/* test.c */
#include #include
int main()
{
FILE*f;
char s[1024];
int ret;
f= popen("./test.py 99", "r");while((ret=fread(s,1,1024,f))>0) {
fwrite(s,1,ret,stdout);
}
fclose(f);return0;
}
测试如下
$ gcc test.c
$ ./a.out
9801
python对C语言扩展的支持
很多编程语言都为C语言扩展添加了支持，这有两种原因：(1)语言设计之初，可以充分的利用C语言已有的库来做很多扩展；(2)C语言的运行效率高。
python也不例外，从诞生那天起，很多库都是C语言写的。python的C语言扩展中涉及到python的数据结构与C语言的对应，扩展方法其实是用C语言编写一个共享库，只是这个共享库中的接口是一个规范的，可以被python识别的。
为了说明如何扩展，我这里先假设一个在python下的函数功能，代码如下
def func(*a):
res=1
for i inrange(len(a)):
res*=sum(a[i])return res
如上，希望的函数功能是，参数是任意多个数字组成的列表（姑且排除其他数据结构），返回每个列表的元素之和的乘积。
姑且先把python代码写了，如下所示
#!/usr/bin/env python#test.py
importcolindef func(*a):
res=1
for i inrange(len(a)):
res*=sum(a[i])returnres
a= [1,2,3]
b= [4,5,6]
c= [7,8]
d= [9]
e= [10,11,12,13,14]
f= colin.func2(99)
g=colin.func3(a,b,c,d,e)
h=func3(a,b,c,d,e)print "f =",fprint "g =",gprint "h =",h
带上之前一直测试的平方func，这个实现相对简单，希望python写出来的func可以和C语言扩展出来的结果一致。
先用C语言写上这些函数的实现，其中func3用上了一个表示任意多个任意长的数组的数据结构y_t,而x_t用来表示单个数组。
/*colin.h*/#ifndef Colin_h#define Colin_htypedefstruct{int *a;intlen;
} x_t;
typedefstruct{
x_t*ax;intlen;
} y_t;int func2(inta);int func3(y_t *p);void free_y_t(y_t *p);#endif
/*colin.c*/#include"colin.h"#include
int func2(inta)
{return a*a;
}int func3(y_t *p)
{intresult;intsum;inti, j;
result= 1;for(i=0;ilen;i++) {
sum= 0;for(j=0;jax[i].len;j++)
sum+= p->ax[i].a[j];
result*=sum;
}returnresult;
}void free_y_t(y_t *p)
{inti;for(i=0;ilen;i++) {free(p->ax[i].a);
}free(p->ax);
}
上面定义了三个函数，func2代表平方，func3代表之前所说的功能，又因y_t这个结构可能都是动态分配出来的，所以给个归还内存的方法。
刚才说过python扩展的话，需要把这个共享库的接口“标准化”一下。于是我们就包装一下，并给个python加载的入口。
/*wrap.c*/#include#include#include"colin.h"PyObject* wrap_func2(PyObject* self, PyObject*args)
{intn, result;/*从参数列表中导出一个整形，用"i"*/
if (!PyArg_ParseTuple(args, "i", &n))returnNULL;/*用C语言的库实现来计算*/result=func2(n);/*计算结果必须要导成python识别的类型*/
return Py_BuildValue("i", result);
}
PyObject* wrap_func3(PyObject* self, PyObject*args)
{intn, result;inti, j;intsize, size2;
PyObject*p,*q;
y_t*y;
y= malloc(sizeof(y_t));/*先数数有多少个参数，也就是列表的个数*/size=PyTuple_Size(args);/*把数组的个数先分配了*/y->len =size;
y->ax = malloc(sizeof(x_t)*size);/*遍历python里各个列表(参数)*/
for(i=0;iax[i].len =size2;
y->ax[i].a = malloc(sizeof(int)*size2);/*遍历列表，依次把列表里的数转到数组里*/
for(j=0;j
q=PyList_GetItem(p, j);
PyArg_Parse(q,"i",&y->ax[i].a[j]);
}
}/*用C语言的库实现来计算*/result=func3(y);
free_y_t(y);free(y);/*结果转成python识别格式*/
return Py_BuildValue("i", result);
}/*这是接口列表，加载时是只加载此列表的地址，所以这个数据结构不能放栈（局部变量）内，会被清掉*/
static PyMethodDef colinMethods[] ={
{"func2", wrap_func2, METH_VARARGS, "Just a test"},
{"func3", wrap_func3, METH_VARARGS, "Just a test"},
{NULL, NULL, METH_NOARGS, NULL}
};/*python加载的时候的接口*/
/*注意，既然库名叫colin,此函数必须交initcolin*/
voidinitcolin()
{
PyObject*m;
m= Py_InitModule("colin", colinMethods);
}
过程中，我猜测PyArg_VaParse应该功能更为强大，可是反复测没有成功，也没细看文档。
测试一下
$ gcc -I /usr/include/python2.7/ -fPIC -shared colin.c wrap.c -o colin.so
$ ./test.py
f = 9801
g = 729000
h = 729000
可以看到，C语言写的函数和python写的函数结果一致。
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