如何将C方法附加到现有的Python类

我们目前使用的是Python的C方法进行编码。诸如Numpy、Opencv、pytorch等库的基础都是由C和C++构建的，即这些库在内部调用了编译后的C代码，代码将在机器上执行，并将结果返回给Python包装器。

为什么我们要在Python中使用C方法

我们之所以在Python中使用C方法，是因为性能原因。由于动态类型，Python的性能会降低。

• 在解释器执行操作之前，必须减少要传递的操作数的类型。这些类型的操作会影响程序的执行时间。

• C模块允许我们检查这些操作数，并直接通过Python执行机器码。

• 要使用C模块，我们必须将其与Python链接起来。有不同的方法将C模块与Python链接起来。

• 其中一种方法是使用CPython API。要了解CPython API的工作原理和用法，请按以下步骤使用此API。

在Python中使用C API的过程

以下是使用Python中的C API的步骤：

首先，我们必须安装python3-dev软件包来使用Python中的C方法。以下代码用于安装软件包。

pip install cpython

使用这段代码后，我们需要创建一个名为extension的目录，在该目录中创建一个名为 extension.c 的文件。假设该文件名为 greet.c ，现在在该文件中包含以下所述的头文件。

#include <python.h>
#include <string.h>

CPython库将提供 python.h 头文件，并为我们提供许多 many.py 扩展函数和类型。这个库帮助我们将Python和C集成起来。

示例

现在，让我们创建一个程序来使用CPython库。以下是我们可以用于使用CPython库的代码。

static PyObject* name(PyObject *self, PyObject* args){
   char *name;
   char greeting[255] = "Hello ";
   if (!PyArg_ParseTuple(args, "s", &name)){
      return NULL;
   }
   strcat(greeting, name);
   return Py_BuildValue("s", greeting);
}

在上面的代码中，我们使用了pyobject。pyobject是在C中表示的Python实例。这个pyobject函数有两个参数self和args。

• self表示当前对象/模块

• args用于指示Python参数

定义我们的C方法

PyArg_ParseTuple 在Python中传递，并用于解释C值。第二个参数中的s是一个字符串值。如果它是其他类型，则会在Python中抛出类型错误。 py_buildvalue 的作用与 PyArg_ParseTuple 相反。这意味着它从C中解释Python中的值。

在定义我们的C方法之后，我们必须将其与Python进行接口。以下代码用于与Python进行解释。

static PyMethodDef moduleMethods[] = {
   {"name", name, METH_VARARGS, "Greets with your name"}
};

现在，在我们将C方法与Python进行接口后，我们需要定义模块类型。下面的代码可以用于定义模块类型。

static struct PyModuleDef greetModule = {
   PyModuleDef_HEAD_INIT,
   "greet",
   "Greetings Module",
   -1,
   moduleMethods
};
PyMODINIT_FUNC PyInit_greet(void){
   return PyModule_Create(&greetModule);
};

在当前程序中导入该方法

现在，在定义了方法类型并创建了方法后，我们需要在我们的Python环境中导入它。

import greet
print("Name: ", greet.__name__)
print("Docstring: ", greet.__doc__)
print("Greeting: ", greet.name("Lezwon"))

如果我们执行以上代码，将会得到一个错误nomodulefound。这是因为该模块尚未与Python对齐。因此，我们需要进行以下设置，以便在Python中使用用C语言创建的模块。

setuptools

首先，我们需要在Python环境中安装setuptools。需要使用以下代码。

pip install setuptools

现在，我们需要使用python扩展名创建设置文件。下面的代码将在该python文件中使用。

from setuptools import setup, Extension
ext_modules = [
   Extension('greet', sources = ['greetmodule.c']),
]
setup(
   name = 'Greeting Project',
   ext_modules = ext_modules
)

在上面的代码中，我们使用了greet。这代表我们在c中创建的模块。为了编译我们的代码，我们必须使用以下命令。

python setup.py build_ext --inplace

现在我们可以运行如下代码。

import greet
print("Name: ", greet.__name__)
print("Docstring: ", greet.__doc__)
print("Greeting: ", greet.name("Lezwon"))