Python调用C函数的方法以及如何编写Python的C扩展

标题比较长，其实“如何用Python调用C的函数”以及“如何编写Python的C扩展”在广义上是同一件事，因为都是用C写底层实现，用Python作接口。

具体方法有很多，比如用ctypes、用SWIG等等，各种方法有利有弊。前段时间笔者用SWIG编译某小段函数一直出BUG，检查了两天才发现原来是因为MinGW 32-bit和Python 64-bit不兼容，加之后续笔者还需要用到NumPy C-API，所以现在笔者已弃坑SWIG，转用以下方法：

• 按照Python C-API的编程规范，用C编写底层实现函数。
• 用Python自带的disutils模块来管理编译、打包、生成Python模块。

所以后续的内容将主要围绕以上的方法来展开。

编写C代码

假设要实现一个数学计算模块mymath，包含一个整数加法的函数add，那么首先要编写以下代码：

#include "D:\Anaconda2\include\Python.h"
/* file: mymath.c *
/// 真正实现
int add(int a, int b)
{  
return a + b; }
// 包装函数。Python调用add方法时传进来的参数在args里
PyObject* wrap_add(PyObject* self, PyObject* args)
{  
int a, b, result;  
// 解析参数  if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &a, &b))    
return NULL;  result = add(a, b);  
// 返回PyObject* 类型的参数  return Py_BuildValue("i", result); }
// mymath模块所包含的函数列表
static PyMethodDef mymathMethods[] = {  
// 每行一个方法，含义依次为  // Python方法名，C方法名，参数值，方法文档  {"add", wrap_add, METH_VARARGS, "doc: add(a, b) \nreturn a + b"},
  {NULL, NULL, 0, NULL}  
// 上面的最后一行相当于结束符};// 初始化模块的方法，自动调用
// 命名要求为init后加上模块名
void initmymath()
{  PyObject* m;  
// 调用Py_InitModule方法初始化模块mymath，其中模块所具有  // 的函数列表由第二个参数提供  m = Py_InitModule("mymath", mymathMethods);
}

编译、打包与生成

在与mymath.c文件同级目录下编写setup.py文件，代码如下：

# file: setup.pyfrom distutils.core import setup, Extension

module1 = Extension('mymath',
                    sources = ['mymath.c'])

setup(name = 'mymath',
    version = '1.0',
    description = 'This is a Math package',
    ext_modules= [module1])

然后打开命令行窗口，进入到mymath.c所在目录，输入以下命令：

python setup.py build

可以看到以下输出信息：

编译、打包、生成时的输出信息.png

这个时候可以看到当前目录多了个build文件夹，一路进去可以看到mymath.pyd文件，这就是直接可调用的Python module了。继续在命令行里进入Python，可以直接调用mymath模块了。

调用效果

参考资料

[1] Python/C API Reference Manual, https://docs.python.org/2/c-api/

[2] 《Python基础教程》（第2版）