python - 在 C++ 中嵌入 Python 并使用 Boost.Python 从 C++ 代码调用方法

Question

我尝试将 Python 脚本嵌入到我的 C++ 程序中。在阅读了一些关于嵌入和扩展的内容后，我了解了如何打开我自己的 python 脚本以及如何将一些整数传递给它。但是现在我不知道如何解决我的问题。我必须同时执行这两项操作，从 C++ 调用 Python 函数并从我的嵌入式 Python 脚本调用 C++ 函数。但我不知道我必须从哪里开始。我知道我必须编译一个 .so 文件来将我的 C++ 函数暴露给 Python，但这是我无能为力的，因为我必须嵌入我的 Python 文件并使用 C++ 代码控制它(我必须扩展一个大型软件脚本语言，使一些逻辑易于编辑)。

那么，有什么办法可以做到这两点呢？从 C++ 调用 Python 函数和从 Python 调用 C++ 函数？

这是我的C++代码

#include <Python.h>
#include <boost/python.hpp>
using namespace boost::python;


// <----------I want to use this struct in my python file---------
struct World
{
    void set(std::string msg) { this->msg = msg; }
    std::string greet() { return msg; }
    std::string msg;
};


// Exposing the function like its explained in the boost.python manual
// but this needs to be compiled to a .so to be read from the multiply.py
BOOST_PYTHON_MODULE(hello)
{
    class_<World>("World")
        .def("greet", &World::greet)
        .def("set", &World::set)
    ;
}
// <---------------------------------------------------------------


int
main(int argc, char *argv[]) // in the main function is only code for embedding the python file, its not relevant to this question
{
    setenv("PYTHONPATH",".",1);
    PyObject *pName, *pModule, *pDict, *pFunc;
    PyObject *pArgs, *pValue;
    int i;

    if (argc < 3) {
        fprintf(stderr,"Usage: call pythonfile funcname [args]\n");
        return 1;
    }

    Py_Initialize();
    pName = PyString_FromString(argv[1]);
    /* Error checking of pName left out */

    pModule = PyImport_Import(pName);
    Py_DECREF(pName);

    if (pModule != NULL) {
        pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, argv[2]);
        /* pFunc is a new reference */

        if (pFunc && PyCallable_Check(pFunc)) {
            pArgs = PyTuple_New(argc - 3);
            for (i = 0; i < argc - 3; ++i) {
                pValue = PyInt_FromLong(atoi(argv[i + 3]));
                if (!pValue) {
                    Py_DECREF(pArgs);
                    Py_DECREF(pModule);
                    fprintf(stderr, "Cannot convert argument\n");
                    return 1;
                }
                /* pValue reference stolen here: */
                PyTuple_SetItem(pArgs, i, pValue);
            }
            pValue = PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
            Py_DECREF(pArgs);
            if (pValue != NULL) {
                printf("Result of call: %ld\n", PyInt_AsLong(pValue));
                Py_DECREF(pValue);
            }
            else {
                Py_DECREF(pFunc);
                Py_DECREF(pModule);
                PyErr_Print();
                fprintf(stderr,"Call failed\n");
                return 1;
            }
        }
        else {
            if (PyErr_Occurred())
                PyErr_Print();
            fprintf(stderr, "Cannot find function \"%s\"\n", argv[2]);
        }
        Py_XDECREF(pFunc);
        Py_DECREF(pModule);
    }
    else {
        PyErr_Print();
        fprintf(stderr, "Failed to load \"%s\"\n", argv[1]);
        return 1;
    }
    Py_Finalize();
    return 0;
}

这是我的 Python 文件

import hello_ext #importing the C++ file works only if its compiled as a .so
planet = hello.World() #this class should be exposed to python
planet.set('foo')

def multiply(a,b):
    planet.greet()
    print "Will compute", a, "times", b
    c = 0
    for i in range(0, a):
        c = c + b
    return c

Answer 1

简而言之，与嵌入式 Python 静态链接的 Python 扩展需要在解释器初始化之前将其模块初始化函数显式添加到初始化表中。

PyImport_AppendInittab("hello", &inithello);
Py_Initialize();

---

Boost.Python 使用 BOOST_PYTHON_MODULE定义 Python 模块初始值设定项的宏。结果函数不是模块导入器。这种区别类似于创建 example.py 模块并调用 import example。

导入模块时，Python会先检查模块是否为内置模块。如果该模块不存在，则 Python 将搜索 module search path。试图根据模块名称查找 python 文件或库。如果找到一个库，则 Python 期望该库提供一个函数来初始化该模块。一旦找到，导入将在模块表中创建一个空模块，然后对其进行初始化。对于静态链接的模块，例如原始代码中的 hello，模块搜索路径将无济于事，因为没有可供其查找的库。

对于嵌入，module table and initialization function文档指出，对于静态模块，除非初始化表中有条目，否则不会自动调用模块初始化函数。对于 Python 2 和 Python 3，可以通过调用 PyImport_AppendInittab() 来完成此操作。之前Py_Initialize() :

BOOST_PYTHON_MODULE(hello)
{
  // ...
}

PyImport_AppendInittab("hello", &inithello);
Py_Initialize();
// ...
boost::python::object hello = boost::python::import("hello");

另请注意，用于嵌入的 Python 的 C API 改变了 Python 2 和 3 之间模块初始化函数的命名约定，因此对于 BOOST_PYTHON_MODULE(hello)，可能需要使用 &inithello 用于 Python 2 和 &PyInit_hello 用于 Python 3。

---

这是一个完整的例子demonstrating让嵌入式 Python 导入一个 demo 用户模块，然后导入一个静态链接的 hello 模块。它还调用用户模块 demo.multiply 中的函数，然后调用通过静态链接模块公开的方法。

#include <cstdlib>  // setenv, atoi
#include <iostream> // cerr, cout, endl
#include <boost/python.hpp>

struct World
{
  void set(std::string msg) { this->msg = msg; }
  std::string greet()       { return msg;      }
  std::string msg;
};

/// Staticly linking a Python extension for embedded Python.
BOOST_PYTHON_MODULE(hello)
{
  namespace python = boost::python;
  python::class_<World>("World")
    .def("greet", &World::greet)
    .def("set", &World::set)
    ;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  if (argc < 3)
  {
    std::cerr << "Usage: call pythonfile funcname [args]" << std::endl;
    return 1;
  }
  char* module_name   = argv[1];
  char* function_name = argv[2];

  // Explicitly add initializers for staticly linked modules.
  PyImport_AppendInittab("hello", &inithello);

  // Initialize Python.
  setenv("PYTHONPATH", ".", 1);
  Py_Initialize();

  namespace python = boost::python;
  try
  {
    // Convert remaining args into a Python list of integers.
    python::list args;
    for (int i=3; i < argc; ++i)
    {
      args.append(std::atoi(argv[i]));
    }

    // Import the user requested module.
    // >>> import module
    python::object module = python::import(module_name);

    // Invoke the user requested function with the provided arguments.
    // >>> result = module.fn(*args)
    python::object result = module.attr(function_name)(*python::tuple(args));

    // Print the result.
    std::cout << python::extract<int>(result)() << std::endl;
  }
  catch (const python::error_already_set&)
  {
    PyErr_Print();
    return 1;
  }

  // Do not call Py_Finalize() with Boost.Python.
}

demo.py的内容:

import hello
planet = hello.World()
planet.set('foo')

def multiply(a,b):
    print planet.greet()
    print "Will compute", a, "times", b
    c = 0
    for i in range(0, a):
        c = c + b
    return c

用法:

$ ./a.out demo multiply 21 2
foo
Will compute 21 times 2
42

在上面的代码中，我选择使用 Boost.Python 而不是 Python/C API，C++ 注释使用等效的 Python 代码进行注释。我发现它更简洁，更不容易出错。如果发生 Python 错误，Boost.Python 将抛出异常，所有引用计数都将得到适当处理。

此外，在使用 Boost.Python 时，不要调用 Py_Finalize() .根据 Embedding - Getting started部分:

Note that at this time you must not call Py_Finalize() to stop the interpreter. This may be fixed in a future version of boost.python.