在 C++ 中使用 Python 对象

Posted 2023-02-22

【中文标题】在 C++ 中使用 Python 对象

【英文标题】：Using Python objects in C++

【发布时间】：2016-06-01 19:56:08

【问题描述】：

我正在编写一个代码，它使用区间分析的方法计算非线性地图的图像，应用 minkowski 和并重复任意次数的迭代。

我已经用 Python 编写了一个工作代码，但是我希望能够在 C++ 中实现算法的一些迭代/递归密集型部分，以从提高的速度中受益。我过去使用过 Cython 并取得了很好的效果，但我想练习我的 C++。

另外，我的对象非常复杂，我宁愿避免在 C++ 中实现它们（小步骤！）。

所以我的问题是：

1) 会妨碍效率的提高吗？

2) 如果没有，是否可以使用 Cython 包装一个 C++ 函数，该函数在 python 对象上进行迭代/递归？

更具体地说，我有一个递归算法，它在 BST 的左右子节点上进行递归（尽管它是一个经过大量修改的 BST，所以我不想陷入在 C++ 中实现它的细节中） ，但是运行时非常令人望而却步，所以我想用 C++ 编写它。

【问题讨论】：

如果你打算用 C++ 重写 Python 代码，那么你将一无所获。但是您可以从 Python 对象中提取数据并在纯 C++ 上进行操作，这肯定会给您带来巨大的性能提升，主要是因为您可以放弃繁重的多态性。

那么，本质上你想实现Python中的数据结构并实现作用于DS的算法是C++，对吧？

@Jim 就是这个主意:)

【参考方案1】：

是的。您将获得比纯 python 更快的速度，但与使用纯 C/C++ 时所获得的速度不相上下。如果你想处理 Python 对象，你需要通过Python C/API 来完成；这增加了执行的开销，你必须为被允许与 Python 交互而付出的代价。

请注意，这涉及很多复杂性，因为您需要熟悉 API 并阅读函数对对象引用的作用、如何创建列表、打包元组等。如果您只创建几个 public Cython cdef 函数来包装对象上的方法，则可以跳过所有这些。这会生成为您处理这些的所有CPython 代码。

包装和嵌入愚蠢对象的小例子可能如下所示（注意，我为此使用.c，c++ 有类似的步骤）：

class PyClass(object):

    def __init__(self):
        self.data = []

    def add(self, val):
        self.data.append(val)

    def __str__(self):
        return "Data: " + str(self.data)

cdef public object createPyClass():
    return PyClass()

cdef public void addData(object p, int val):
    p.add(val)

cdef public char* printCls(object p):
    return bytes(str(p), encoding = 'utf-8')

使用cython pycls.pyx 编译（使用--cplus 表示c++）将生成分别包含源和函数声明的.c 和.h 文件。您现在需要做的就是创建一个启动 Python 的main.c 文件，然后您就可以调用这些函数了：

#include "Python.h"   // Python.h always gets included first.
#include "pycls.h"    // Include your header file.

int main(int argc, char *argv[])

    Py_Initialize();   // initialize Python
    PyInit_pycls();    // initialize module (initpycls(); in Py2)
    PyObject *obj = createPyClass();
    for(int i=0; i<10; i++)
        addData(obj, i);
    
    printf("%s\n", printCls(obj));
    Py_Finalize();
    return 0;

使用适当的标志编译它（您可以从python3.5-config 的python-config [Py2] 获得）：

gcc pycls.c main.c -L$(python3.5-config --cflags) -I$(python3.5-config --ldflags) -std=c99

将创建与您的对象交互的可执行文件：

./a.out
Data: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

所有这些都是通过使用Cython 以及生成.h 头文件的public 关键字来完成的。您也可以使用 Cython 编译一个 python 模块并自己创建头文件/处理额外的样板。由于我认为您不想在 C-API 学习中陷入困境，所以这不应该是要走的路。

正如@freakish 在他的评论中所说，提取数据 (numpy has a C-API you can use for this) 并在纯 C++ 中处理它是理想的。一般来说，如果你在C/C++ 中工作循环并在那里执行繁重的工作，你会得到很好的加速。

【讨论】：

谢谢。我同意，花在学习 API 上的努力可能不值得我花时间。提取数据似乎是个好主意。我昨晚决定，如果我要认真致力于学习这门语言，我也会尝试用 C++ 重写我的课程。如果碰巧我无法管理它，我会研究数据提取。