如何利用Boost.Python实现Python C/C++混合编程详解

2023-09-06 02:04:04 182

前言

学习中如果碰到问题，参考官网例子：

D:\boost_1_61_0\libs\python\test

参考：Boost.Python中英文文档。

利用Boost.Python实现PythonC/C++混合编程

关于python与C++混合编程,事实上有两个部分

extending所谓python程序中调用c/c++代码,其实是先处理c++代码,预先生成的动态链接库,如example.so,而在python代码中importexample;即可使用c/c++的函数.
embeddingc++代码中调用python代码.

两者都可以用pythonc转换api,解决,具体可以去python官方文档查阅,但是都比较繁琐.

对于1,extending,常用的方案是boost.python以及swig.

swig是一种胶水语言,粘合C++,PYTHON,我前面的图形显示二叉树的文章中提到的就是利用pyqt作界面,调用c++代码使用swig生成的.so动态库.

而boost.python则直接转换,可以利用py++自动生成需要的wrapper.关于这方面的内容的入门除了boost.python官网,中文的入门资料推荐

下面话不多说了，来一起看看详细的介绍吧

导出函数

#include
#include

usingnamespacestd;
usingnamespaceboost::python;


charconst*greet()
{
return"hello,world";

}

BOOST_PYTHON_MODULE(hello_ext)
{
def("greet",greet);
}

python:

importhello_ext
printhello_ext.greet()

导出类：

导出默认构造的函数的类

c++

#include
#include

usingnamespacestd;
usingnamespaceboost::python;

structWorld
{
voidset(stringmsg){this->msg=msg;}
stringgreet(){returnmsg;}

stringmsg;
};

BOOST_PYTHON_MODULE(hello)//导出的module名字
{
class_("World")
.def("greet",&World::greet)
.def("set",&World::set);
}

python:

importhello
planet=hello.World()#调用默认构造函数，产生类对象
planet.set("howdy")#调用对象的方法
printplanet.greet()#调用对象的方法

构造函数的导出：

#include
#include

usingnamespacestd;
usingnamespaceboost::python;

structWorld
{
World(stringmsg):msg(msg){}//增加构造函数
World(doublea,doubleb):a(a),b(b){}//另外一个构造函数
voidset(stringmsg){this->msg=msg;}
stringgreet(){returnmsg;}
doublesum_s(){returna+b;}
stringmsg;
doublea;
doubleb;
};

BOOST_PYTHON_MODULE(hello)//导出的module名字
{
class_("World",init())
.def(init())//exposeanotherconstruct
.def("greet",&World::greet)
.def("set",&World::set)
.def("sum_s",&World::sum_s);
}

python测试调用：

importhello
planet=hello.World(5,6)
planet2=hello.World("holloworld")

printplanet.sum_s()
printplanet2.greet()

如果不想导出任何构造函数，则使用no_init:

class_("Abstract",no_init)

类的数据成员

#include
#include

usingnamespacestd;
usingnamespaceboost::python;


structVar
{
Var(stringname):name(name),value(){}
stringconstname;

floatvalue;
};

BOOST_PYTHON_MODULE(hello_var)
{
class_("Var",init())
.def_readonly("name",&Var::name)//只读
.def_readwrite("value",&Var::value);//读写
}

python调用:

importhello_var

var=hello_var.Var("hello_var")
var.value=3.14
#var.name='hello'#error
printvar.name

C++类对象导出为Python的类对象，注意var.name不能赋值。

类的属性

//类的属性

#include
#include

usingnamespacestd;
usingnamespaceboost::python;


structNum
{
Num(){}
floatget()const{returnval;}
voidset(floatval){this->val=val;}
floatval;

};

BOOST_PYTHON_MODULE(hello_num)
{
class_("Num")
.add_property("rovalue",&Num::get)//对外：只读
.add_property("value",&Num::get,&Num::set);//对外读写.value值会改变.rovalue值，存储着同样的数据。

}

python:

importhello_num
num=hello_num.Num()
num.value=10
printnum.rovalue#result:10

继承

//类的继承

#include
#include
#include

usingnamespacestd;
usingnamespaceboost::python;

structBase{
virtual~Base(){};
virtualstringgetName(){return"Base";}

stringstr;
};

structDerived:Base{

stringgetName(){return"Derived";}

};


voidb(Base*base){cout<getName()<getName()<
Baseconstvolatile*get_pointer(
classBaseconstvolatile*c)
{
returnc;
}
}


BOOST_PYTHON_MODULE(hello_derived)
{
class_("Base")
.def("getName",&Base::getName)
.def_readwrite("str",&Base::str);


class_>("Derived")
.def("getName",&Derived::getName)
.def_readwrite("str",&Derived::str);


def("b",b);
def("d",d);

def("factory",factory,
return_value_policy());//

}

python:

importhello_derived
derive=hello_derived.factory()
hello_derived.d(derive)

类的虚函数：

/*
类的虚函数，实现的功能是：可以编写Python类，来继承C++类
*/
#include

#include
#include
#include

usingnamespaceboost::python;
usingnamespacestd;

structBase
{
virtual~Base(){}
virtualintf(){return0;};
};


structBaseWrap:Base,wrapper
{
intf()
{
if(overridef=this->get_override("f"))
returnf();//如果函数进行重载了，则返回重载的
returnBase::f();//否则返回基类
}
intdefault_f(){returnthis->Base::f();}
};

BOOST_PYTHON_MODULE(hello_virtual)
{
class_("Base")
.def("f",&Base::f,&BaseWrap::default_f);


}

python：

importhello_virtual


base=hello_virtual.Base()
#定义派生类，继承C++类
classDerived(hello_virtual.Base):
deff(self):
return42

derived=Derived()


printbase.f()

printderived.f()

类的运算符/特殊函数

//类的运算符/特殊函数

#include
#include


//#include如果仅包含该头文件，会出错

#include
#include
#include
#include
#include

usingnamespacestd;
usingnamespaceboost::python;

classFilePos
{
public:
FilePos():len(0){}
operatordouble()const{returnlen;};//重载类型转换符
intlen;
};

//operator方法

FilePosoperator+(FilePospos,inta)
{
pos.len=pos.len+a;

returnpos;//返回的是副本

}

FilePosoperator+(inta,FilePospos)
{
pos.len=pos.len+a;

returnpos;//返回的是副本

}


intoperator-(FilePospos1,FilePospos2)
{

return(pos1.len-pos2.len);

}

FilePosoperator-(FilePospos,inta)
{
pos.len=pos.len-a;
returnpos;
}

FilePos&operator+=(FilePos&pos,inta)
{
pos.len=pos.len+a;
returnpos;
}

FilePos&operator-=(FilePos&pos,inta)
{
pos.len=pos.len-a;
returnpos;
}

booloperator<(FilePospos1,FilePospos2)
{
if(pos1.len("FilePos")
.def_readwrite("len",&FilePos::len)
.def(self+int())
.def(int()+self)
.def(self-self)
.def(self-int())
.def(self+=int())
.def(self-=other())
.def(self()))//__pow__
.def(abs(self))//__abs__
.def(str(self));//__str__forostream


}

注意上面的：.def(pow(self,other()))模板后面要加上括号。也要注意头文件的包含，否则会引发错误。

python:

importhello_operator

filepos1=hello_operator.FilePos()
filepos1.len=10

filepos2=hello_operator.FilePos()
filepos2.len=20;

printfilepos1-filepos2

函数

函数的调用策略。

//函数的调用策略

#include
#include

#include

usingnamespacestd;
usingnamespaceboost::python;

structX
{
stringstr;
};
structZ
{
intvalue;
};

structY
{
Xx;
Z*z;
intz_value(){returnz->value;}
};

X&f(Y&y,Z*z)
{
y.z=z;
returny.x;//因为x是y的数据成员，x的声明周期与y进行了绑定。因为我们的目的是：Python接口应尽可能的反映C++接口
}


BOOST_PYTHON_MODULE(hello_call_policy)
{

class_("Y")
.def_readwrite("x",&Y::x)
.def_readwrite("z",&Y::z)
.def("z_value",&Y::z_value);
class_("X")
.def_readwrite("str",&X::str);
class_("Z")
.def_readwrite("value",&Z::value);
//return_internal_reference<1表示返回的值与第一个参数有关系：即第一个参数是返回对象的拥有者（y和x都是引用的形式)。
//with_custodian_and_ward<1,2>表示第二个参数的生命周期依赖于第一个参数的生命周期。
def("f",f,return_internal_reference<1,with_custodian_and_ward<1,2>>());
}

函数重载

//overloading

#include
#include

#include

usingnamespacestd;
usingnamespaceboost::python;

structX
{

boolf(inta)
{
returntrue;
}
boolf(inta,doubleb)
{
returntrue;
}
boolf(inta,doubleb,charc)
{
returntrue;
}
intf(inta,intb,intc)
{
returna+b+c;
}
};
bool(X::*fx1)(int)=&X::f;
bool(X::*fx2)(int,double)=&X::f;
bool(X::*fx3)(int,double,char)=&X::f;
int(X::*fx4)(int,int,int)=&X::f;

BOOST_PYTHON_MODULE(hello_overloaded)
{
class_("X")
.def("f",fx1)
.def("f",fx2)
.def("f",fx3)
.def("f",fx4);

}

python:

importhello_overloaded

x=hello_overloaded.X()#createanewobject


printx.f(1)#defaultinttype
printx.f(2,double(3))
printx.f(4,double(5),chr(6))#chr(6)convert*tochar
printx.f(7,8,9)

默认参数

普通函数的默认参数：

然而通过上面的方式对重载函数进行封装时，就丢失了默认参数的信息。当然我们可以通过一般形式的封装，如下：

intf(int,double=3.14,charconst*="hello");
intf1(intx){returnf(x);}
intf2(intx,doubley){returnf(x,y)}

//intmoduleinit
def("f",f);//所有参数
def("f",f2);//两个参数
def("f",f1);//一个参数

但是通过上面的形式封装很麻烦。我们可以通过宏的形式，为我们批量完成上面的功能。

C++:

//BOOST_PYTHON_FUNCTION_OVERLOADS

#include
#include

#include


usingnamespacestd;
usingnamespaceboost::python;


voidfoo(inta,charb=1,unsignedc=2,doubled=3)
{
return;
}

BOOST_PYTHON_FUNCTION_OVERLOADS(foo_overloads,foo,1,4);//参数个数的最小为1，最大为4

BOOST_PYTHON_MODULE(hello_overloaded)
{

def("foo",foo,foo_overloads());//实现导出带有默认参数的函数

}

python:

importhello_overloaded


hello_overloaded.foo(1)

hello_overloaded.foo(1,chr(2))

hello_overloaded.foo(1,chr(2),3)#3对应的C++为unsignedint

hello_overloaded.foo(1,chr(2),3,double(4))

成员函数的默认参数：

//使用BOOST_PYTHON_MEMBER_FUNCTION_OVERLOADS宏，完成成员函数默认参数的接口

#include
#include

#include


usingnamespacestd;
usingnamespaceboost::python;

structgeorge
{
voidwack_em(inta,intb=0,charc='x')
{
return;
}

};


BOOST_PYTHON_MEMBER_FUNCTION_OVERLOADS(george_overloads,wack_em,1,3);//参数个数的最小为1，最大为3

BOOST_PYTHON_MODULE(hello_member_overloaded)
{

class_("george")
.def("wack_em",&george::wack_em,george_overloads());

}

python:

importhello_member_overloaded

c=hello_member_overloaded.george()

c.wack_em(1)
c.wack_em(1,2)
c.wack_em(1,2,chr(3))

利用init和optional实现构造函数的重载。

使用方法如下：

//initoptional

#include
#include
#include

usingnamespacestd;
usingnamespaceboost::python;

structX
{
X(inta,charb='D',stringc="constructor",doubleb=0.0){}
};

BOOST_PYTHON_MODULE(hello_construct_overloaded)
{
class_("X")
.def(init>());//init和optional

}

对象接口

Python是动态类型的语言，C++是静态类型的。Python变量可能是：integer,float,list,dict,tuple,str,long,等等，还有其他类型。从Boost.Python和C++的观点来看，Python中的变量是类object的实例，在本节，我们看一下如何处理Python对象。

基本接口

//initoptional

#include
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
usingnamespaceboost::python;

namespacebp=boost::python;


voidf(objectx)
{
inty=extract(x);//retrieveanintfromx

}

intg(objectx)
{
extractget_int(x);
if(get_int.check())
returnget_int();
else
return0;
}


inttest(object&x)
{
dictd=extract(x.attr("__dict__"));
d["whatever"]=4;
return0;
}

inttest2(dict&d)
{
d["helloworld"]=3;
return0;
}
classA{

public:
listlst;
voidlistOperation(list&lst){};
};

//传入np.array数组对象，让C++进行处理
intadd_arr_1(object&data_obj,objectrows_obj,objectcols_obj)
{
PyArrayObject*data_arr=reinterpret_cast(data_obj.ptr());
float*data=static_cast(PyArray_DATA(data_arr));
//usingdata
introws=extract(rows_obj);
intcols=extract(cols_obj);
for(inti=0;i
python调用：
importhello_object

dic1={"whatever":1}

hello_object.test2(dic1)

arr=np.array([1,2,3],dtype=float32)

printarr.dtype

printarr

hello_object.add_arr_1(arr,1,3)

printarr
总结：
以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对毛票票的支持。

如何利用Boost.Python实现Python C/C++混合编程详解

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