『Python CoolBook』C扩展库_其六_从C语言中调用Python代码

Posted 2020-11-08 叠加态的猫

一、C语言运行pyfun的PyObject对象

思路是在C语言中提供实参，传给python函数：

• 获取py函数对象(PyObject)，函数参数(C类型)
• 获取GIL(PyGILState_Ensure)
• 确保fun对象可调用
• 参数转换为python对应类型(Py_BuildValue)
• 调用python函数(PyObject_Call)
• 确定调用无异常
• 检查返回值
• 释放GIL(PyGILState_Release)
• 异常处理

#include "Python.h"

/* Execute func(x,y) in the Python interpreter.  The
   arguments and return result of the function must
   be Python floats */

double call_func(PyObject *func, double x, double y) {
  PyObject *args;
  PyObject *kwargs;
  PyObject *result = 0;
  double retval;

  /* Make sure we own the GIL */
  PyGILState_STATE state = PyGILState_Ensure();

  /* Verify that func is a proper callable */
  /* 你必须先有一个表示你将要调用的Python可调用对象。 这可以是一个函数、
     类、方法、内置方法或其他任意实现了 __call__() 操作的东西。 为了确
     保是可调用的，可以像下面的代码这样利用 PyCallable_Check() 做检查 */
  if (!PyCallable_Check(func)) {
    fprintf(stderr,"call_func: expected a callable\n");
    goto fail;
  }
  /* Build arguments */
  /* 使用 Py_BuildValue()构建参数元组或字典 */
  args = Py_BuildValue("(dd)", x, y);
  kwargs = NULL;

  /* Call the function */
  /* 使用 PyObject_Call()，传一个可调用对象给它、一个参数元组
     和一个可选的关键字字典。
     如果没有关键字参数，传递NULL */
  result = PyObject_Call(func, args, kwargs);
  /* 需要确保使用了 Py_DECREF() 或者 Py_XDECREF() 清理参数。 
     第二个函数相对安全点，因为它允许传递NULL指针（直接忽略它）， 
     这也是为什么我们使用它来清理可选的关键字参数。 */
  Py_DECREF(args);
  Py_XDECREF(kwargs);

  /* Check for Python exceptions (if any) */
  /* 调用万Python函数之后，用PyErr_Occurred() 函数检查是否
     有异常发生 */
  if (PyErr_Occurred()) {
    PyErr_Print();
    goto fail;
  }

  /* Verify the result is a float object */
  if (!PyFloat_Check(result)) {
    fprintf(stderr,"call_func: callable didn‘t return a float\n");
    goto fail;
  }

  /* Create the return value */
  retval = PyFloat_AsDouble(result);
  Py_DECREF(result);

  /* Restore previous GIL state and return */
  PyGILState_Release(state);
  return retval;

fail:
  Py_XDECREF(result);
  PyGILState_Release(state);
  abort();   // Change to something more appropriate
}

 要注意的是每一个 PyGILState_Ensure() 调用必须跟着一个匹配的 PyGILState_Release() 调用——即便有错误发生。 在这里，我们使用一个 goto 语句看上去是个可怕的设计， 但是实际上我们使用它来讲控制权转移给一个普通的exit块来执行相应的操作。 在 fail: 标签后面的代码和Python的 fianl: 块的用途是一样的。

二、使用模块名和方法名获取pyfun的PyObject对象

• 获取模块名字符串，方法名字符串
• 模块名转化为python的字符串类型(PyUnicode_FromString)
• 模拟python的import行为(PyImport_Import)，这是因为我们想经由python的逻辑获取函数
• 由python的module获取方法(PyObject_GetAttrString)，这个API获取方法使用的是C字符串
• 返回方法，时python的对象类型

/* Load a symbol from a module */
PyObject *import_name(const char *modname, const char *symbol) {
  PyObject *u_name, *module;
  u_name = PyUnicode_FromString(modname);
  module = PyImport_Import(u_name);
  Py_DECREF(u_name);
  return PyObject_GetAttrString(module, symbol);
}

三、C模拟Python运行

• 初始化python环境(Py_Initialize)
• 导入模块获取方法(见本文第二部分)为PyObject
• 调用方法PyObject(见本文第一部分)
• 结束python环境(Py_Finalize)

/* Simple embedding example */
int main() {
  PyObject *pow_func;
  double x;

  Py_Initialize();
  /* Get a reference to the math.pow function */
  pow_func = import_name("math","pow");

  /* Call it using our call_func() code */
  for (x = 0.0; x < 10.0; x += 0.1) {
    printf("%0.2f %0.2f\n", x, call_func(pow_func,x,2.0));
  }
  /* Done */
  Py_DECREF(pow_func);
  Py_Finalize();
  return 0;
}

编译运行，

gcc -g embed.c -I/home/hellcat/anaconda3/include/python3.6m           -L/home/hellcat/anaconda3/lib/python3.6/config-3.6m-x86_64-linux-gnu -lpython3.6m

四、将可调用PyObject用C重新封装调用

这是个意义不大功能，只是展示C API中PyObject本质运行逻辑——PyObject可以代指任何Python中的对象，这里是它接收函数的例子：

/* Extension function for testing the C-Python callback */
static PyObject *py_call_func(PyObject *self, PyObject *args) {
  PyObject *func;

  double x, y, result;
  if (!PyArg_ParseTuple(args,"Odd", &func,&x,&y)) {
    return NULL;
  }
  result = call_func(func, x, y);
  return Py_BuildValue("d", result);
}

把它写到前一节中的pysample.c中，有如下效果

>>> import sample
>>> def add(x,y):
...     return x+y
...
>>> sample.call_func(add,3,4)
7.0
>>>