Python语言简介
Python是一种脚本语言。以开放的开发接口和独特的语法著称。尽管Python在国内引起注意只有几年的时间,但实际上Python出现于上世纪90年代(据www.python.org介绍,这个时间可以上溯至1990年),已经有十几年的时间,它的流行也有很久,在嵌入脚本、互联网应用、系统管理和维护等领域,Python使用的非常广泛。
Python的语法与我们常见的C系语法有很大不同,对于Python,书写格式也是语法的部分。主要表现在,每一个子语句段都要比它的父级缩进一层。例如:
· >>> a, b = 0, 1
· >>> while b < 1000:
· ... print b,
· ... a, b = b, a+b
· ...
以上是一段求Fibonacci数列的程序,>>>和…都是Python控制台的交互提示符。我们可以看到,while循环的循环体不是通过括号或者end之类的关键字标示,而是用缩进与上一级区分开。在Python中,每级代码之间的缩进距离不做要求,但是在同一个文件中必须保持一致,最常见的写法是缩进四个空格。
理解这一点后,Python代码的可读性非常高。在强制性的书写规范下,更容易写出规范的代码。
Python支持通用的各种语法结构,包括if、while/for循环、函数、类、异常处理以及模块(module)和包(Package)。以下是一些常见的语法示例:
(展示Python代码)
时间所限,我们不可能在这里详细了解Python语言,对于交互式开发人员,有几点值得注意,在这里简单介绍下:
Python采用命名—对象实体机制。任何Python中的元素都可以看作是一种对象。包括所有的数据类型和定义。对变量的定义和赋值,实际上是将一个命名绑定到托管环境中的一个对象上。这个过程不涉及对象本身的运算,也不进行类型检查,所以在程序运行过程中可以任意对某个命名赋值并改变其类型。
Python对象在运行期可以动态的添加和删除成员,不受类型限制(当然,也可以设计出静态类型的数据结构)。
Python支持运算符重载。
Python C API
Python虚拟机开放了大量的API,几乎所有的语法内容,和虚拟机功能,都可以通过C-API从外部调用实现。加上整个虚拟机开放源码,用C语言操作Python虚拟机非常方便,从某种意义上说,Python可以作为一个C语言的运行时环境存在。同时,C语言也可以作为Python的底层扩展使用。
Python C API的引用头文件是python.h,在Python安装目录的include子目录可以找到。静态连接库pythonxx.lib(xx=主版本号+一级子版本号,如python2.4对应python24.lib)在libs目录下。
扩展Python系统
扩展Python,即编写可供Python加载的模块,由Python程序进行调用。简单来讲,主要有以下几个步骤:
编写符合Python封装约定的函数和结构定义。对于函数而言,要求参数均为PyObject*
或其“子”类型。当然,C语言中没有这样的语法,这个继承关系是Python语法意义的。而对于自定义的对象,Python有一套完备的约定,我们在Python的文档中可以看到若干示例。(展示代码)。
对于需要开放的函数,要编写方法定义表,这是一个UNION,按照固定格式填写数据。(展示代码)。对于类型对象,则是通过PyModule_AddObject方法引入。
要引入函数定义的话,还需要执行模块初始化函数。
将项目编译为动态链接库,放在Python的DLLs路径即可。
嵌入Python解释器
在C程序中嵌入Python解释器并不复杂,基本的流程如下:
调用Py_Initialize()函数,初始化虚拟机。
编写操作虚拟机的命令。
调用Py_Finalize()函数释放虚拟机资源。
Python虚拟机提供了丰富的API以供操作,基本上用Python脚本可以实现的功能,通过API都可以实现。当然通常不会完全使用API,而是以API和内嵌脚本结合使用,在Python文档中提供了一个简单的例子,演示了常用的模块和对象引入、执行可回调对象,变量提取等功能(展示代码)。
综合技术——扩展式嵌入
我们可以将Python虚拟机嵌入C/C++程序的同时,通过扩展代码,将我们需要的内容引入Python虚拟机,这样,就可以在虚拟机中通过Python脚本访问C++环境中提供的扩展内容,在掌握了扩展和嵌入技术后,这个应用十分自然和简便,在Python文档中,有一个实例说明了这中应用方式。(展示代码)
Boost.Python
Python虚拟机本身以标准C编写,它的API也均为C型式,直接应用在C++程序中略有不便。通常我们会使用一些第三方的程序库来实现,这里重点介绍BOOST.Python的使用。
Boost是一个久负盛名的C++代码库,关于它的具体情况在网上有很多介绍,具体到BOOST.Python,这是BOOST开发组专门为C++/Python直接的互操作而开发的类库,也是Boost中唯一一个解释语言支持模块。Boost.Python除了提供Python C API的C++兼容封装,也使得整个扩展/嵌入过程更加方便。
BOOST的预编译
BOOST中的部分模块需要预编译才能使用,Boost.Python也在此列。在Boost的文档中,有详细的编译方式说明,具体到我们使用的VC6/7.1,windows 2000+,Python2.4,编译过程可以简化为以下几步:
1、 生成Boost编译工具BJam。这个工具的源码在Boost目录的tools/build/jam_src 目录下,正常情况下,直接执行build.bat即可生成。执行完毕后,到bin.ntx86子目录找到bjam.exe文件,复制到Boost根目录即可。
2、 配置编译环境,编译Boost时,要提供编译器种类和路径,子模块还可能有自己的配置要求,如Python子模块要求提供Python的目录和版本号。
3、 执行Bjam。此时要向Bjam提供使用的编译器种类,以及附带的编译参数。
4、 以下是我编译Boost使用的bat文件,大家需要编译Boost的话,可以将其中的VC和Python路径改为本机路径,即可使用。
bjam_vc71.bat |
set PYTHON_ROOT=D:/Python24 set vc-7_1=D:/Microsoft Visual Studio .NET 2003/Vc7 set ICU_PATH=D:/icu3.4 set VC71_ROOT=D:/Microsoft Visual Studio .NET 2003/Vc7 bjam -sTOOLS=vc-7_1 -sICU_PATH=D:/icu3.4 stage |
bjam_vc60.bat |
set PYTHON_ROOT=D:/Python24 set ICU_PATH=D:/icu3.4 set MSVC_ROOT=D:/Microsoft Visual Studio/VC98 bjam -sTOOLS=msvc -sICU_PATH=D:/icu3.4 stage |
这里的ICU是一个国际化代码库,Boost使用这个第三方代码库为自己的正则表达式模块提供Unicode支持,如果只使用Python模块,可以去掉这方面的配置。
Stage参数指示编译工具将生成的lib文件统一放置于stage子目录。
Boost.Python的引用头文件是<boost/python.hpp>,命名空间是boost::python。
扩展Python系统
首先,对于Python基于对象的体系结构,Boost提供了一组封装对象给予支持。这其中除了基本的PyObject(Boost中封装为Boost::Python::object) 对象,还包括了序列容器组。Boost.Python文档的“Obejct Wrapper”部分(/libs/python/doc/v2/ObjectWrapper.html#ObjectWrapper-concept)对此有详细讲解。如果我们的扩展代码中需要调用这些对象,可以直接引用。
另一方面,对于函数和对象封装,Boost提供了一套更为友好的方式。例如,如果在函数声明的参数列表中出现可以与Python类型直接对应的char *、int、float等,不需要手动进行与PyOjbect*的转化,Boost可以识别这些类型。
下面我们看一个简单的函数封装示例:
首先,在VC中建立一个空的DLL项目,然后定义函数:
Cppcode.h |
||
#include <string>
int Add(int, int);
int Sub(int, int);
std::string Concat(std::string, std::string);
|
||
Cppcode.cpp |
||
#include "CppCode.h"
int Add(int x, int y) { return x + y; }
int Sub(int x, int y)
|