5. 在 Windows 上构建 C 和 C++ 扩展

本章简要解释了如何使用 Microsoft Visual C++ 为 Python 创建 Windows 扩展模块，然后提供了关于其工作原理的更详细的背景信息。解释性材料对于学习构建 Python 扩展的 Windows 程序员和有兴趣编写可在 Unix 和 Windows 上成功构建的软件的 Unix 程序员都很有用。

鼓励模块作者使用 distutils 方法构建扩展模块，而不是本节中描述的方法。您仍然需要用于构建 Python 的 C 编译器；通常是 Microsoft Visual C++。

备注

本章提到了许多文件名，其中包含编码的 Python 版本号。这些文件名以版本号 XY 表示；实际上，'X' 将是您正在使用的 Python 版本的 主要版本号，'Y' 将是 次要版本号。例如，如果您使用的是 Python 2.2.1，XY 实际上将是 22。

5.1. 简易指南

在 Windows 上构建扩展模块有两种方法，就像在 Unix 上一样：使用 setuptools 包来控制构建过程，或者手动操作。setuptools 方法适用于大多数扩展；关于使用 setuptools 构建和打包扩展模块的文档可在 使用 setuptools 构建 C 和 C++ 扩展 中找到。如果您发现确实需要手动操作，研究标准库模块 winsound 的项目文件可能会有所启发。

5.2. Unix 和 Windows 之间的差异

Unix 和 Windows 对代码的运行时加载使用完全不同的范例。在尝试构建可以动态加载的模块之前，请了解您的系统如何工作。

在 Unix 中，共享对象（.so）文件包含程序使用的代码，以及它期望在程序中找到的函数和数据的名称。当文件与程序结合时，文件中所有对这些函数和数据的引用都会更改，以指向程序中函数和数据在内存中的实际位置。这基本上是一个链接操作。

在 Windows 中，动态链接库（.dll）文件没有悬空的引用。相反，对函数或数据的访问是通过查找表进行的。因此，DLL 代码在运行时无需修复以引用程序的内存；相反，代码已经使用 DLL 的查找表，并且查找表在运行时被修改以指向函数和数据。

在 Unix 中，只有一种类型的库文件（.a），它包含来自多个目标文件（.o）的代码。在创建共享对象文件（.so）的链接步骤中，链接器可能会发现它不知道某个标识符在哪里定义。链接器会在库中的目标文件中查找它；如果找到，它将包含该目标文件中的所有代码。

在 Windows 中，有两种类型的库：静态库和导入库（都称为 .lib）。静态库类似于 Unix .a 文件；它包含根据需要包含的代码。导入库基本上只用于向链接器保证某个标识符是合法的，并且在加载 DLL 时将存在于程序中。因此，链接器使用导入库中的信息来构建查找表，以便使用不包含在 DLL 中的标识符。当应用程序或 DLL 链接时，可能会生成一个导入库，所有依赖于应用程序或 DLL 中符号的未来 DLL 都需要使用该导入库。

假设您正在构建两个动态加载模块 B 和 C，它们应该共享另一块代码 A。在 Unix 上，您 不会 将 A.a 传递给 B.so 和 C.so 的链接器；这会导致它被包含两次，因此 B 和 C 将各自拥有自己的副本。在 Windows 中，构建 A.dll 也会构建 A.lib。您 确实 将 A.lib 传递给 B 和 C 的链接器。A.lib 不包含代码；它只包含将在运行时用于访问 A 代码的信息。

在 Windows 中，使用导入库有点像使用 import spam；它让您可以访问 spam 的名称，但不会创建单独的副本。在 Unix 中，与库链接更像是 from spam import *；它确实会创建单独的副本。

关闭 CPython 头文件中执行的与 Python 库的隐式、基于 #pragma 的链接。

在 3.14 版本加入。

5.3. DLLs 的实际使用

Windows Python 是用 Microsoft Visual C++ 构建的；使用其他编译器可能有效也可能无效。本节的其余部分是 MSVC++ 特有的。

在 Windows 中创建 DLL 时，您可以通过两种方式使用 CPython 库：

  1. 默认情况下，直接或通过 Python.h 包含 PC/pyconfig.h 会触发与库的隐式、配置感知链接。头文件为 Debug 选择 pythonXY_d.lib，为 Release 选择 pythonXY.lib，以及为启用了 有限 API 的 Release 选择 pythonX.lib。

    要构建两个 DLL，spam 和 ni（使用 spam 中的 C 函数），您可以使用以下命令：

    cl /LD /I/python/include spam.c
cl /LD /I/python/include ni.c spam.lib

    第一个命令创建了三个文件：spam.obj、spam.dll 和 spam.lib。Spam.dll 不包含任何 Python 函数（例如 PyArg_ParseTuple()），但由于隐式链接的 pythonXY.lib，它知道如何找到 Python 代码。

    第二个命令创建了 ni.dll（以及 .obj 和 .lib），它知道如何从 spam 以及 Python 可执行文件中找到必要的函数。

  2. 通过在包含 Python.h 之前定义 Py_NO_LINK_LIB 宏手动链接。您必须将 pythonXY.lib 传递给链接器。

    要构建两个 DLL，spam 和 ni（使用 spam 中的 C 函数），您可以使用以下命令：

    cl /LD /DPy_NO_LINK_LIB /I/python/include spam.c ../libs/pythonXY.lib
cl /LD /DPy_NO_LINK_LIB /I/python/include ni.c spam.lib ../libs/pythonXY.lib

    第一个命令创建了三个文件：spam.obj、spam.dll 和 spam.lib。Spam.dll 不包含任何 Python 函数（例如 PyArg_ParseTuple()），但由于 pythonXY.lib，它知道如何找到 Python 代码。

    第二个命令创建了 ni.dll（以及 .obj 和 .lib），它知道如何从 spam 以及 Python 可执行文件中找到必要的函数。

并非每个标识符都导出到查找表。如果您希望任何其他模块（包括 Python）能够看到您的标识符，您必须使用 _declspec(dllexport)，例如 void _declspec(dllexport) initspam(void) 或 PyObject _declspec(dllexport) *NiGetSpamData(void)。

Developer Studio 将会包含许多您实际上不需要的导入库，这会使您的可执行文件增加约 100K。要去除它们，请使用“项目设置”对话框中的“链接”选项卡，指定 忽略默认库。将正确的 msvcrtxx.lib 添加到库列表中。