创新互联Python教程：4.构建C/C++扩展

4. 构建C/C++扩展

一个Cpython的C扩展是一个共享库(例如一个Linux上的 .so ，或者Windows上的 .pyd )，其会导出一个 初始化函数 。

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为了可导入，共享库必须在 PYTHONPATH 中有效，且必须命名遵循模块名字，通过适当的扩展。当使用distutils时，会自动生成正确的文件名。

初始化函数的声明如下：

PyObject *PyInit_modulename(void)

It returns either a fully initialized module, or a PyModuleDef instance. See 初始化 C 模块 for details.

对于仅有ASCII编码的模块名，函数必须是 PyInit_ ，将替换为模块的名字。当使用 Multi-phase initialization 时，允许使用非ASCII编码的模块名。此时初始化函数的名字是 PyInitU_ ，而需要用Python的 punycode 编码，连字号需替换为下划线。在Python里:

 
 
 
 
  
  
  
  def initfunc_name(name):
  
  
  
   try:
  
  
  
   suffix = b'_' + name.encode('ascii')
  
  
  
   except UnicodeEncodeError:
  
  
  
   suffix = b'U_' + name.encode('punycode').replace(b'-', b'_')
  
  
  
   return b'PyInit' + suffix

可以在一个动态库里导出多个模块，通过定义多个初始化函数。而导入他们需要符号链接或自定义导入器，因为缺省时只有对应了文件名的函数才会被发现。查看 “一个库里的多模块” 章节，在 PEP 489 了解更多细节。

4.1. 使用distutils构建C和C++扩展

扩展模块可以用distutils来构建，这是Python自带的。distutils也支持创建二进制包，用户无需编译器而distutils就能安装扩展。

一个distutils包包含了一个驱动脚本 setup.py 。这是个纯Python文件，大多数时候也很简单，看起来如下：

 
 
 
 
  
  
  
  from distutils.core import setup, Extension
  
  
  
  
  
  
  
  module1 = Extension('demo',
  
  
  
   sources = ['demo.c'])
  
  
  
  
  
  
  
  setup (name = 'PackageName',
  
  
  
   version = '1.0',
  
  
  
   description = 'This is a demo package',
  
  
  
   ext_modules = [module1])

通过文件 setup.py ，和文件 demo.c ，运行如下

 
 
 
 
  
  
  
  python setup.py build

这会编译 demo.c ，然后产生一个扩展模块叫做 demo 在目录 build 里。依赖于系统，模块文件会放在某个子目录形如 build/lib.system ，名字可能是 demo.so 或 demo.pyd 。

在文件 setup.py 里，所有动作的入口通过 setup 函数。该函数可以接受可变数量个关键字参数，上面的例子只使用了一个子集。特别需要注意的例子指定了构建包的元信息，以及指定了包内容。通常一个包会包括多个模块，就像Python的源码模块、文档、子包等。请参数distutils的文档，在分发 Python 模块（遗留版本）来了解更多distutils的特性；本章节只解释构建扩展模块的部分。

通常预计算参数给 setup() ，想要更好的结构化驱动脚本。有如如上例子函数 setup() 的 ext_modules 参数是一列扩展模块，每个是一个 Extension 类的实例。例子中的实例定义了扩展命名为 demo ，从单一源码文件构建 demo.c 。

更多时候，构建一个扩展会复杂的多，需要额外的预处理器定义和库。如下例子展示了这些。

 
 
 
 
  
  
  
  from distutils.core import setup, Extension
  
  
  
  
  
  
  
  module1 = Extension('demo',
  
  
  
   define_macros = [('MAJOR_VERSION', '1'),
  
  
  
   ('MINOR_VERSION', '0')],
  
  
  
   include_dirs = ['/usr/local/include'],
  
  
  
   libraries = ['tcl83'],
  
  
  
   library_dirs = ['/usr/local/lib'],
  
  
  
   sources = ['demo.c'])
  
  
  
  
  
  
  
  setup (name = 'PackageName',
  
  
  
   version = '1.0',
  
  
  
   description = 'This is a demo package',
  
  
  
   author = 'Martin v. Loewis',
  
  
  
   author_email = 'martin@v.loewis.de',
  
  
  
   url = 'https://docs.python.org/extending/building',
  
  
  
   long_description = '''
  
  
  
  This is really just a demo package.
  
  
  
  ''',
  
  
  
   ext_modules = [module1])

例子中函数 setup() 在调用时额外传递了元信息，是推荐发布包构建时的内容。对于这个扩展，其指定了预处理器定义，include目录，库目录，库。依赖于编译器，distutils还会用其他方式传递信息给编译器。例如在Unix上，结果是如下编译命令

 
 
 
 
  
  
  
  gcc -DNDEBUG -g -O3 -Wall -Wstrict-prototypes -fPIC -DMAJOR_VERSION=1 -DMINOR_VERSION=0 -I/usr/local/include -I/usr/local/include/python2.2 -c demo.c -o build/temp.linux-i686-2.2/demo.o
  
  
  
  
  
  
  
  gcc -shared build/temp.linux-i686-2.2/demo.o -L/usr/local/lib -ltcl83 -o build/lib.linux-i686-2.2/demo.so

这些行代码仅用于展示目的；distutils用户应该相信distutils能正确调用。

4.2. 发布你的扩展模块

当一个扩展已经成功地被构建时，有三种方式来使用它。

最终用户通常想要安装模块，可以这么运行

 
 
 
 
  
  
  
  python setup.py install

模块维护者应该制作源码包；要实现可以运行

 
 
 
 
  
  
  
  python setup.py sdist

有些情况下，需要在源码发布包里包含额外的文件；这通过 MANIFEST.in 文件实现，查看指定要分发的文件了解细节。

如果源码发行包被成功地构建，维护者还可以创建二进制发行包。取决于具体平台，以下命令中的一个可以用来完成此任务

 
 
 
 
  
  
  
  python setup.py bdist_rpm
  
  
  
  python setup.py bdist_dumb

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