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C++使用ffpython嵌入和擴展python

編輯:C++入門知識

摘要:

在服務器編程中,經常會用到python腳本技術。Python是最流行的腳本之一,並且python擁有定義良好的C API接口,同時又有豐富的文檔,與C++結合非常的適合。通常情況下使用C++封裝機制,而用python腳本實現策略或者是控制。使用python和C++結合的技術擁有如下優勢:

  • l  主體系統使用C++實現,保持系統的高效。
  • l  控制部分使用python,增加開發效率,python的內存垃圾回收,豐富的類庫都使C++開發者獲益匪淺。
  • l  Python腳本可以運行期重載,可以實現控制部分不停機熱更新。

C++與python的編程范式有很大不同,當使用python C API調用python時,python中的一些特有機制會給C++開發者帶來很多困惑。常常使用python C API時需要注意如下幾點:

  • l  Python 使用引用計數管理內存,調用python C API時對於返回值返回的是借用的引用還是新的引用,需要根據文檔仔細確認。否則輕則出現內存洩露,重則程序崩潰。
  • l  Python中的數據結構與C++的有很大不同。Python常用的有tuple,list,dict。而c++常用的事vector,list,map,並且c++是強類型的。當c++與python進行交互時,C++層希望操作python數據結構就像操作c++ STL一樣方便,而在python腳本層,又希望c++傳入的參數或返回值都是原生的python數據
  • l  C++中常用的指針傳遞對象,當嵌入python時,需要把c++對象傳遞到python中。

Ffpython是專門方便C++嵌入python開發的類庫,基於ffpython一方面可以輕松的將python集成到C++系統,另一方面,C++對象或接口也可以很容易被python使用,總之ffpython簡化了c++與python的交互操作。

嵌入python

最簡單的使用python的方式是把python腳本當作配置,如獲取腳本中的一個字符串變量。Python的腳本文件會被python虛擬機import為module,和python的標准庫的module實際上是相似的概念。Ffpython封裝了獲取python module中的變量的操作。

printf(, ffpython.get_global_var<>(, ).c_str());

 

上面的代碼獲取python標准庫中sys的version變量值,ffpython通過模板函數的自動將python的str類型自動適配到c++的string類型。get_global_var是獲取變量的接口,與之對應的是設置變量的借口get_global_var:

ffpython.get_global_var(, , , ffpython.get_global_var<>(, ).c_str());

 

調用python函數是嵌入python非常常用的操作,ffpython中提供了call接口用於調用python中的module的函數:

printf(, ffpython.call<>(, ).c_str());

 

上面的代碼調用time模塊的asctime方法,我們也可以使用call接口調用我們自己編寫的函數:

 a1 = ;  a2 = ;  a3 = <>(, , a1, a2, a3);

 

Call被定義為模版函數,傳入的參數會自動適配到python相應的類型。對應的python函數為:

( 0

 

上面的python函數接受三個參數,c++傳入了三個標准類型參數,實際上call接口最多支持9個泛型參數,常用的stl 參數是被支持的:

 

 test_stl(ffpython_t&<> a1;a1.push_back();a1.push_back(<> a2; a2.push_back();a2.push_back(<list<> ><>(, 

 

對應調用的python函數為:

( True

 

不但STL泛型被支持,嵌套定義的類似vector<list<string> > 的結構都是被支持的,vector和list都會轉換成python的list結構,而map則轉換為dict結構。

調用call接口必須指定接收的返回值類型,可以使用void忽略返回值,除了可以使用標准類型,stl接口也可以被使用,python中的tuple和list可以轉換成vector和list,dict則可以被轉換成map。需要注意的是,若類型沒有匹配,call函數將會拋出異常。用戶可以catch標准異常,what接口返回的字符串包含了異常的traceback信息方便排查錯誤。示例如下:

    (exception&

 

擴展python

Ffpython 可以注冊static函數到python中,全局的C風格的static函數和類中定義的static函數都可以被注冊到python中,示例如下: 

  print_val( a1,  a2,  & a3,  vector<>&  list<><> ret;ret.push_back(&print_val, &ops_t::return_stl, <>(, 

 

以上代碼注冊了兩個接口給python,然後調用fftest文件中的test_reg_function測試兩個接口,fftest.py中定義測試代碼:

123, 45.6 , , [3.14=(, ret)

 

這兩個接口雖然簡單,但是說明了ffpython注冊的接口支持多個參數,參數類型可以是標准C++類型,也可以是STL泛型。同樣返回值的類型也是如此。

使用ffpython 注冊C++的對象也很容易,ffpython支持注冊c++類的構造函數,成員變量,成員方法到python,示例代碼如下:

 

 ~ get_value()  {  set_value( v_) { m_value = test_stl(map<, list<> >& dumy_t: ~ foo_t* obj_test(dumy_t* test_register_base_class(ffpython_t&<foo_t, PYCTOR()>(&foo_t::get_value, &foo_t::set_value, &foo_t::test_stl, &foo_t::m_value, <dumy_t, PYCTOR()>(, , &dumy_t::dump, <>(, 

 

當c++類型被注冊到python中後,python中使用該類型就像python內建的類型一樣方便,需要注意的是,如果python中動態的創建了c++對象,那麼他是被python的GC管理生命周期的,所以當變量不在被引用時,c++對象的析構函數被調用。對應的fftest.py中測試的腳本代碼為:

= ext2.foo_t(20130426(778899(: [11,22,33(, foo)

 

同前邊所訴的原則相同,支持C++ 標准內建類型和STL 泛型。當這個python函數返回時,foo_t的析構函數會被調用。

dumy_t是foo_t的子類。使用ffpython可以方便表示兩個類型的關系。如果基類已經定義的接口,子類不需要重復定義,比如要注冊子類:

ffpython.reg_class<dumy_t, PYCTOR()>(, , &dumy_t::dump,  test_register_inherit_class(ffpython_t&<>(, 

 

只需要單獨注冊一下子類特有的接口,其他接口自動從foo_t基類中繼承而來,相應的測試python腳本代碼為:

= ext2.dumy_t(20130426(778899(: [11,22,33(, dumy)

 

Ffpython中一個非常用用的特性是,c++創建的對象可以傳遞到python中,而python使用起來就像正常的python對象一樣,另外python創建的c++對象也可以傳遞到c++中,簡單示例代碼:

ffpython.reg(obj_test,  test_cpp_obj_to_py(ffpython_t&<>(, , & test_cpp_obj_py_obj(ffpython_t&* p = ffpython.call<foo_t*>(, , &

 

相應的fftest.py中的測試腳本代碼為:

(778899(: [11,22,33((778899(: [11,22,33( dumy

 

總結:

  • l  Ffpython 支持c++調用python函數,獲取和設置模塊內的變量
  • l  Ffpython call接口最多支持9個泛型參數,支持的類型包括c++內建的類型和STL 泛型。以及已經被注冊的c++類的指針類型。返回值的類型約束同樣如此。c++ STL中的vector和list對應於python的tuple和list,map類型則對應於dict。
  • l  Ffpython支持將c++的靜態函數注冊到python中。
  • l  Ffpython支持c++類的注冊,並且支持繼承。Python中操作c++對象就像操作原生python對象一樣。
  • l  Ffpython注冊的c++類在python中被創建後,將會由python GC負責回收內存。
  • l  Ffpython 類庫只有一個文件,並且不依賴其他第三方庫,非常容易集成到項目中。而且ffpython遵從開源協議。
  • l  Ffpython使用c++模板技術,封裝了python C API的使用細節,保持精巧和簡潔,效率和完全的python C API編寫的代碼幾乎相同。Ffpython的實現可以作為非常好的python C API的示例。
  • l  Github項目地址:https://github.com/fanchy/ffpython

 

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