简介

开发一个程序时，一般只使用一种编程语言，如果想混合使用其它语言，怎么办？

• 可以用其它语言编写另一个程序，编译成可执行文件，供当前程序调用。
• 可以用其它语言编写另一个程序，运行成为一个独立进程，与当前程序进行网络通信（比如 HTTP 通信），从而协同工作。
• 可以用其它语言编写一段代码（比如一个函数、一个类），被当前程序调用。本文介绍这种情况。

CPython 是基于 C 语言实现的一款 Python 解释器，因此它支持 Python 与 C/C++ 的混合开发。

• 从 Python 调用 C/C++ 代码，有两种方式：
  • 把 C/C++ 代码编译成 C/C++ 的动态链接库，再被 Python 导入。
  • 把 C/C++ 代码封装成 Python 的扩展模块，再被 Python 导入。
• 从 C/C++ 调用 Python 代码，有两种方式：
  • 把 Python 代码转换成 C/C++ 的动态链接库，再被 C/C++ 导入。
  • 把 Python 代码转换成 C/C++ 的源文件，再被 C/C++ 导入。

混合开发工具

混合开发工具有多种，选择它们时需要从多方面考虑，比如：

• 是否支持从 C/C++ 调用 Python ？或者反之？
• 如何从 Python 传递一份数据到 C/C++ ？应该采用 Python 的哪种数据类型？转换成 C/C++ 的哪种数据类型？
  • 反之，如何从 C/C++ 传递一份数据到 Python ？
  • 进一步地，哪些数据类型可以通用？哪些数据类型不兼容？
• 能否调用函数？这样更方便。
• 能否调用类？这样更方便。
• 最终开发的程序，能否移植到 Linux、Windows、MacOS 等多种平台？

CPython API

• 优点：
  • 它是 CPython 解释器自带的功能，不需要安装第三方库。
  • 它是实现 Python 混合开发的底层 API ，是其它混合开发工具的基础。
  • 它可以将 C/C++ 代码封装成 Python 模块，或者将 Python 代码封装成 C 代码。
• 缺点：
  • 只提供了底层 API ，直接使用的话很麻烦。

ctypes

• 优点：
  • 它是 Python 自带的标准库，不需要安装第三方库。
  • 支持从 Python 加载 C 的动态链接库，直接调用其中的函数。或者将 Python 函数作为回调函数传给 C 函数。
  • 使用时不需要封装 C 代码，可以直接调用 C 的动态链接库。
• 缺点：
  • 没有封装 C 函数，因此 Python 调用一个 C 函数时需要自己转换数据类型。
  • 只支持 C 语言，因此调用 C++ 代码时，需要先封装成 C 函数。
  • 不支持从 C/C++ 主动调用 Python 代码。

Cython

• ：Python 的第三方库，可以将 C 代码封装成 Python 模块，或者将 Python 代码编译成 C 代码。
• 注意区分：CPython 是一个 Python 解释器，Cython 是一个 Python 库。
• 优点：
  • 可以在 Python 中使用 C/C++ 的数据类型、函数，扩展 Python 的语法，提高 Python 程序的运行效率。

SWIG

• ：一个编译器，可以将 C/C++ 代码封装成供 C#、Java、Python 等多种语言调用的文件。
• 缺点：
  • 不支持从 C/C++ 主动调用 Python 。

Boost.Python

• ：一个 C++ 库，可以将 C++ 代码封装成 Python 模块，或者在 C++ 中导入 Python 模块。
• Boost 库的使用很广，提供了一些扩展功能的 C++ 库，近乎 C++ 的标准库。

pybind11

• ：一个 C++ 库，相当于轻量级的 Boost.Python 。
• 优点：
  • 比较简单，使用时只需要导入一个头文件。但功能完备。
  • 对 C/C++ 代码的封装比较完善，能加上模块说明、函数说明。