Python调用C++代码

Python调用C++代码

1. extern "C" {} 包裹导出函数

// C++ 中存在名称修饰，通过 extern "C" {} 将C++函数导出为C函数
// 1. 为类的每个函数创建C风格接口，第一个参数为对象指针
// 2. 提供 create(构造) destroy(析构) 函数管理对象的生命周期
#include <string>// C++类定义
class Calculator {
private:
int base;
public:
Calculator(int b) : base(b) {}
int add(int a) { return base + a; }
std::string greet(const std::string& name) { return "Hello, " + name; }
};// C风格函数
extern "C" {// 创建对象（对应构造函数）
Calculator* Calculator_create(int base) {
return new Calculator(base);
}// 销毁对象（对应析构函数）
void Calculator_destroy(Calculator* obj) {
delete obj;
}// 封装成员函数
int Calculator_add(Calculator* obj, int a) {
return obj->add(a);
}// 字符串处理需要特殊转换（C++ string -> char*）
const char* Calculator_greet(Calculator* obj, const char* name) {
static std::string result;  // 注意：静态变量在多线程中不安全
result = obj->greet(std::string(name));
return result.c_str();
}}

2. 将C++代码编译为动态库

# 使用C++编译器，保留 -f PIC -shared 参数生成位置无关的动态库
g++ -shared -fPIC -o libcalc.so example.cpp

3. 使用python的ctypes库调用动态库(加载动态库 -> 定义C函数的输入参数与返回参数 -> 调用动态库函数)

• 用 c_void_p 类型存储C++对象的指针
• 字符串通过bytes类型转换(encode/decode)
• 实现 del 方法自动释放C++对象，避免内存泄漏

import ctypes
import osclass CalculatorWrapper:"""C++ Calculator类的Python封装器"""def __init__(self):# 加载动态库self.lib = self._load_library()# 配置C接口函数原型self._setup_functions()# 存储C++对象指针self.obj_ptr = Nonedef _load_library(self):"""根据操作系统加载对应的库文件"""try:if os.name == "nt":return ctypes.CDLL("./calc.dll")elif os.name == "posix":return ctypes.CDLL("./libcalc.so")else:raise OSError("不支持的操作系统")except OSError as e:raise RuntimeError(f"加载库失败: {e}")def _setup_functions(self):"""定义C接口函数的参数类型和返回值类型"""# 创建对象self.lib.Calculator_create.argtypes = [ctypes.c_int]self.lib.Calculator_create.restype = ctypes.c_void_p  # 返回对象指针# 销毁对象self.lib.Calculator_destroy.argtypes = [ctypes.c_void_p]self.lib.Calculator_destroy.restype = None# 加法函数self.lib.Calculator_add.argtypes = [ctypes.c_void_p, ctypes.c_int]self.lib.Calculator_add.restype = ctypes.c_int# 字符串问候函数self.lib.Calculator_greet.argtypes = [ctypes.c_void_p, ctypes.c_char_p]self.lib.Calculator_greet.restype = ctypes.c_char_pdef create(self, base_value):"""创建C++ Calculator实例"""self.obj_ptr = self.lib.Calculator_create(base_value)if not self.obj_ptr:raise RuntimeError("创建C++对象失败")def add(self, a):"""调用加法方法"""self._check_object()return self.lib.Calculator_add(self.obj_ptr, a)def greet(self, name):"""调用问候方法（处理字符串转换）"""self._check_object()# Python字符串转C字符串（bytes类型）c_name = name.encode('utf-8')result_ptr = self.lib.Calculator_greet(self.obj_ptr, c_name)# C字符串转Python字符串return result_ptr.decode('utf-8')def _check_object(self):"""检查对象是否已创建"""if not self.obj_ptr:raise RuntimeError("请先调用create()创建对象")def __del__(self):"""对象销毁时自动释放C++资源"""if self.obj_ptr:self.lib.Calculator_destroy(self.obj_ptr)if __name__ == "__main__":try:calc = CalculatorWrapper()calc.create(100)  # 初始化base值为100print(f"100 + 50 = {calc.add(50)}")  # 输出150print(calc.greet("C++"))  # 输出"Hello, Python"except Exception as e:print(f"错误: {e}")