在Python中使用 C 代码

有时候，Python编写的程序需要更高效的执行速度，这时候可以使用C代码来替代Python代码的关键部分。在Python中使用C代码的过程称之为“扩展Python”。

C 代码扩展 Python

Python提供了多种扩展Python的方法，其中最简单的方式是使用ctypes模块。Ctypes模块提供了C函数库调用的工具，可以把Python对象传递到C代码中去，Python解释器会负责对象的内存分配与释放。如果需要在Python中调用C代码，我们只需提供如下三个信息：

1. 动态链接库的路径
2. 动态链接库中的函数名称
3. 函数的参数和返回值类型

下面是一个简单的示例程序：

import ctypes

# 加载动态链接库
lib = ctypes.cdll.LoadLibrary("libc.so.6")

# 定义函数原型
add = lib.add
add.argtypes = [ctypes.c_int, ctypes.c_int]
add.restype = ctypes.c_int

# 调用C函数
result = add(1, 2)

print(result)

在上面的示例中，add函数是C语言中的函数，我们通过ctypes模块把它导入到了Python中。代码中，我们首先使用LoadLibrary函数来加载动态链接库，然后定义add函数的参数类型和返回值类型，最后调用这个函数并输出结果。

编写 Python 扩展

除了使用ctypes模块外，我们还可以使用Python提供的API来编写Python扩展。编写Python扩展需要我们在C语言中编写一个动态链接库，然后在Python中调用该动态链接库提供的函数。

下面是一个简单的示例程序：

#include <Python.h>

static PyObject *add(PyObject *self, PyObject *args) {
    int x, y;
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &x, &y)) {
        return NULL;
    }
    return Py_BuildValue("i", x + y);
}

static PyMethodDef methods[] = {
    {"add", add, METH_VARARGS, "Add two integers"},
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};

static struct PyModuleDef example_module = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT,
    "example",   // 模块名称
    "Example module",  // 模块文档字符串
    -1,
    methods
};

PyMODINIT_FUNC PyInit_example(void) {
    return PyModule_Create(&example_module);
}

上面的代码是C语言中的代码，它定义了一个名为example的模块，其中包含一个名为add的函数。我们可以在Python中导入example模块，并调用其中的add函数。使用setuptools构建工具可以打包并安装该模块。

from setuptools import setup, Extension

setup(
    name="example",
    version="0.0.1",
    ext_modules=[
        Extension("example", ["example.c"])
    ]
)

使用build_ext命令编译该模块后，就可以在Python中导入和使用该模块了：

import example

result = example.add(1, 2)

print(result)

总结

在Python中使用C代码可以提高程序的效率，从而使程序更加高效、快速地运行。无论是使用ctypes模块还是编写Python扩展，都需要我们思考如何将C代码合理地与Python代码结合起来，从而实现高效的代码执行。