扩展/嵌入常见问题 ¶

我可以用 C 语言创建自己的函数吗？¶

是的，您可以在 C 语言中创建包含函数、变量、异常甚至新类型的内置模块。这在文档扩展和嵌入 Python 解释器中有所解释。

大多数中高级 Python 书籍也会涵盖这个主题。

我可以用 C++ 语言创建自己的函数吗？¶

是的，使用 C++ 中发现的 C 兼容性特性。将 extern "C" { ... } 放在 Python 头文件周围，并在将由 Python 解释器调用的每个函数前放置 extern "C"。带有构造函数的全局或静态 C++ 对象可能不是一个好主意。

编写 C 语言很难；有什么替代方案吗？¶

根据您尝试执行的操作，有许多替代方案可以编写自己的 C 扩展。推荐的第三方工具提供了更简单和更复杂的方法来为 Python 创建 C 和 C++ 扩展。

我如何从 C 语言执行任意 Python 语句？¶

执行此操作的最高级函数是 PyRun_SimpleString()，它接受一个字符串参数，该参数在模块 __main__ 的上下文中执行，成功返回 0，发生异常（包括 SyntaxError）时返回 -1。如果您想要更多控制，请使用 PyRun_String()；请参阅 Python/pythonrun.c 中 PyRun_SimpleString() 的源代码。

我如何从 C 语言评估任意 Python 表达式？¶

调用上一个问题中的函数 PyRun_String()，使用起始符号 Py_eval_input；它会解析表达式，评估它并返回其值。

如何从 Python 对象中提取 C 值？¶

这取决于对象的类型。如果它是一个元组，PyTuple_Size() 返回其长度，PyTuple_GetItem() 返回指定索引处的项。列表具有类似的函数，PyList_Size() 和 PyList_GetItem()。

对于字节，PyBytes_Size() 返回其长度，PyBytes_AsStringAndSize() 提供指向其值和长度的指针。请注意，Python 字节对象可能包含空字节，因此不应使用 C 的 strlen()。

要测试对象的类型，首先确保它不是 NULL，然后使用 PyBytes_Check()、PyTuple_Check()、PyList_Check() 等。

还有一个针对 Python 对象的高级 API，由所谓的“抽象”接口提供——有关详细信息，请阅读 Include/abstract.h。它允许使用 PySequence_Length()、PySequence_GetItem() 等调用以及许多其他有用的协议（例如数字 (PyNumber_Index() 等) 和 PyMapping API 中的映射）与任何类型的 Python 序列进行接口。

如何使用 Py_BuildValue() 创建任意长度的元组？¶

你不能。请改用 PyTuple_Pack()。

如何从 C 语言调用对象的方法？¶

函数 PyObject_CallMethod() 可用于调用对象的任意方法。参数是对象、要调用的方法名称、类似于 Py_BuildValue() 中使用的格式字符串以及参数值。

PyObject *
PyObject_CallMethod(PyObject *object, const char *method_name,
                    const char *arg_format, ...);

这适用于任何具有方法的对象——无论是内置的还是用户定义的。您有责任最终 Py_DECREF() 返回值。

例如，要使用参数 10, 0 调用文件对象的“seek”方法（假设文件对象指针是“f”）

res = PyObject_CallMethod(f, "seek", "(ii)", 10, 0);
if (res == NULL) {
        ... an exception occurred ...
}
else {
        Py_DECREF(res);
}

请注意，由于 PyObject_CallObject() 总是需要一个元组作为参数列表，要调用没有参数的函数，请将格式设置为“()”，要调用带有一个参数的函数，请将参数括在括号中，例如“(i)”。

如何捕获 PyErr_Print()（或任何打印到 stdout/stderr 的内容）的输出？¶

在 Python 代码中，定义一个支持 write() 方法的对象。将此对象分配给 sys.stdout 和 sys.stderr。调用 print_error，或直接让标准回溯机制工作。然后，输出将发送到您的 write() 方法发送的地方。

最简单的方法是使用 io.StringIO 类

>>> import io, sys
>>> sys.stdout = io.StringIO()
>>> print('foo')
>>> print('hello world!')
>>> sys.stderr.write(sys.stdout.getvalue())
foo
hello world!

执行相同操作的自定义对象将如下所示

>>> import io, sys
>>> class StdoutCatcher(io.TextIOBase):
...     def __init__(self):
...         self.data = []
...     def write(self, stuff):
...         self.data.append(stuff)
...
>>> import sys
>>> sys.stdout = StdoutCatcher()
>>> print('foo')
>>> print('hello world!')
>>> sys.stderr.write(''.join(sys.stdout.data))
foo
hello world!

如何从 C 语言访问用 Python 编写的模块？¶

您可以按如下方式获取模块对象的指针

module = PyImport_ImportModule("<modulename>");

如果模块尚未导入（即它尚不存在于 sys.modules 中），它会初始化模块；否则它只会返回 sys.modules["<modulename>"] 的值。请注意，它不会将模块输入到任何命名空间中——它只确保模块已初始化并存储在 sys.modules 中。

然后，您可以按如下方式访问模块的属性（即模块中定义的任何名称）

attr = PyObject_GetAttrString(module, "<attrname>");

调用 PyObject_SetAttrString() 为模块中的变量赋值也有效。

如何从 Python 语言与 C++ 对象进行接口？¶

根据您的要求，有多种方法。要手动执行此操作，请首先阅读“扩展和嵌入”文档。请注意，对于 Python 运行时系统，C 和 C++ 之间没有太大区别——因此，围绕 C 结构（指针）类型构建新的 Python 类型的策略也适用于 C++ 对象。

对于 C++ 库，请参阅编写 C 语言很难；有什么替代方案吗？。

我使用 Setup 文件添加了一个模块，但 make 失败了；为什么？¶

Setup 必须以换行符结尾，如果没有换行符，构建过程就会失败。（修复这个问题需要一些丑陋的 shell 脚本 hack 技巧，而且这个 bug 太小，不值得付出努力。）

如何调试扩展？¶

当使用 GDB 调试动态加载的扩展时，在加载扩展之前无法在扩展中设置断点。

在您的 .gdbinit 文件（或交互式）中，添加命令

br _PyImport_LoadDynamicModule

然后，当您运行 GDB 时

$ gdb /local/bin/python
gdb) run myscript.py
gdb) continue # repeat until your extension is loaded
gdb) finish   # so that your extension is loaded
gdb) br myfunction.c:50
gdb) continue

我想在我的 Linux 系统上编译一个 Python 模块，但缺少一些文件。为什么？¶

大多数打包版本的 Python 省略了一些编译 Python 扩展所需的文件。

对于 Red Hat，安装 python3-devel RPM 以获取必要的文件。

对于 Debian，运行 apt-get install python3-dev。

如何区分“不完整输入”和“无效输入”？¶

有时您想模仿 Python 交互式解释器的行为，当输入不完整时（例如，您输入了“if”语句的开头或者您没有关闭括号或三引号字符串），它会给您一个继续提示，但当输入无效时，它会立即给您一个语法错误消息。

在 Python 中，您可以使用 codeop 模块，它足以近似解析器的行为。例如，IDLE 就使用了它。

在 C 语言中，最简单的方法是调用 PyRun_InteractiveLoop()（可能在单独的线程中），让 Python 解释器为您处理输入。您还可以将 PyOS_ReadlineFunctionPointer() 设置为指向您的自定义输入函数。有关更多提示，请参阅 Modules/readline.c 和 Parser/myreadline.c。

如何找到未定义的 g++ 符号 __builtin_new 或 __pure_virtual？¶

要动态加载 g++ 扩展模块，您必须重新编译 Python，使用 g++ 重新链接它（更改 Python Modules Makefile 中的 LINKCC），并使用 g++ 链接您的扩展模块（例如，g++ -shared -o mymodule.so mymodule.o）。

我能否创建一个对象类，其中一些方法用 C 语言实现，另一些用 Python 语言实现（例如通过继承）？¶

是的，您可以继承内置类，例如 int、list、dict 等。

Boost Python 库 (BPL, https://boost.ac.cn/libs/python/doc/index.html) 提供了一种从 C++ 执行此操作的方法（即，您可以使用 BPL 继承用 C++ 编写的扩展类）。