Python绑定，它是如何工作的？

Question

我正在探索Python，对Python绑定很感兴趣。请问有人能够解释一下，为什么可以从Python访问C库呢？

- ashim

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我建议您在谷歌上搜索“Python C绑定”。 - steveha

2017年，对于“Python C绑定”的问题，这个答案是排名第一的结果 :) - Ben Fulton

Answer 1

有几种方法可以从Python中调用用C编写的代码。

首先，标准库中有一个叫做ctypes的模块。它允许你加载动态链接库（在Windows上是DLL，在Linux上是共享库.so）并直接从Python中调用这些库中的函数。这些库通常是用C语言编写的。

其次，对于CPython，有Python/C API。它可以以两种主要方式使用：

一种方式是在C语言中编写动态链接库，以便CPython将其视为模块（你可以在Python程序中导入它）。Python/C API允许该库定义用C语言编写但仍可从Python中调用的函数。该API非常强大，并提供了操作所有Python数据类型和访问解释器内部的函数。

第二种使用C API的方法是将Python嵌入到用C语言编写的程序中。然后，C程序就能够创建用C语言编写的内置模块并公开C函数，就像使用动态链接库方法一样。该API还允许程序执行脚本，然后导入和使用内置模块。这可以用于创建基于Python的插件系统。

“绑定”通常采用纯Python库使用ctypes实现，或使用Python/C API作为动态链接库实现。后一种选项有时会与像SWIG这样的工具一起使用，这些工具通过处理生成“样板”代码来简化任务，或者使用Boost.Python，它在Python/C API之上提供了C++ API，使其更容易地与C++代码接口。

更多阅读：外部函数接口

- yak

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有没有人能提供一些演示代码或仓库，以最简单的形式模拟它的工作方式？这将非常有帮助。 - iheathers

Answer 2

答案很简单，Python (CPython) 解释器是用 C 语言编写的，它可以动态调用其他的 C 库，因此你的 C 扩展模块或嵌入式 C 代码可以在任何其他的 C 代码中轻松调用。

CPython 允许特殊的钩子，以便它可以调用其他的 C 代码或被其他的 C 代码调用。这甚至不需要是 C 语言，任何能够编译成本机代码并具有相同调用约定的语言都可以。

举个简单的例子，假设你创建了一个名为 mython 的程序，它可以加载任何共享库，并尝试调用一个名为 run 的函数。

lib = dlopen("mylib.so", RTLD_LAZY);
func = dlsym(lib, "run");
(*func)();

你已经加载了一个模块并调用了它的代码，CPython 也是这样做的，但是更加复杂，提供更好的接口和对象来传递，此外还涉及内存管理、线程管理等其他细节。

因此，Python 实现的平台必须与它被扩展的语言匹配，例如 CPython 不能在 Java 中进行扩展，但 Python 的 Java 实现称为 Jython 可以在 Java 中进行扩展，类似地，.NET 实现 IronPython 可以在 .Net 语言中进行扩展。

- Anurag Uniyal

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很多东西都用C编写，但很多以C编写的东西不具备C的可扩展性。那么是什么使Python独特呢？ - Ignacio Vazquez-Abrams

@Anurag，Python无法像Java那样可扩展吗？ - ashim

@ashim：CPython是Python的C语言实现。JPython则是使用Java实现的Python解释器，可以用来调用Java代码。 - johngreen