Ubuntu中C++與Python如何交互

在Ubuntu系統中，C++和Python可以通過多種方式實現交互。以下是一些常見的方法：

1. 使用Python的C API

Python提供了一個C API，允許C/C++代碼直接調用Python代碼。

步驟：

1. 編寫C++代碼：

   #include <Python.h>
   
   int main(int argc, char *argv[]) {
       Py_Initialize();
   
       PyObject *pName = PyUnicode_FromString("hello");
       PyObject *pModule = PyImport_Import(pName);
       Py_DECREF(pName);
   
       if (pModule != NULL) {
           PyObject *pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, "say_hello");
           if (pFunc && PyCallable_Check(pFunc)) {
               PyObject_CallObject(pFunc, NULL);
           } else {
               PyErr_Print();
           }
           Py_DECREF(pFunc);
           Py_DECREF(pModule);
       } else {
           PyErr_Print();
       }
   
       Py_Finalize();
       return 0;
   }
   

2. 編寫Python代碼：

   def say_hello():
       print("Hello from Python!")
   

3. 編譯C++代碼：

   g++ -I/usr/include/python3.8 -lpython3.8 your_code.cpp -o your_program
   

4. 運行程序：

   ./your_program
   

2. 使用SWIG（Simplified Wrapper and Interface Generator）

SWIG是一個軟件開發工具，可以從C/C++代碼自動生成Python接口。

步驟：

1. 安裝SWIG：

   sudo apt-get install swig
   

2. 編寫C++代碼（例如example.h）：

   #ifndef EXAMPLE_H
   #define EXAMPLE_H
   
   int add(int a, int b);
   
   #endif
   

3. 編寫SWIG接口文件（例如example.i）：

   %module example
   %{
   #include "example.h"
   %}
   
   int add(int a, int b);
   

4. 生成包裝代碼：

   swig -python example.i
   

5. 編譯生成的代碼：

   g++ -c example_wrap.cxx -I/usr/include/python3.8
   g++ -shared example_wrap.o -o _example.so
   

6. 在Python中使用：

   import example
   print(example.add(3, 4))
   

3. 使用ctypes

ctypes是Python的一個外部函數庫，可以調用動態鏈接庫中的函數。

步驟：

1. 編寫C++代碼并編譯成共享庫：

   // example.cpp
   #include <iostream>
   
   extern "C" {
       int add(int a, int b) {
           return a + b;
       }
   }
   

   g++ -fPIC -c example.cpp -o example.o
   g++ -shared example.o -o libexample.so
   

2. 在Python中使用ctypes調用：

   import ctypes
   
   lib = ctypes.CDLL('./libexample.so')
   lib.add.argtypes = (ctypes.c_int, ctypes.c_int)
   lib.add.restype = ctypes.c_int
   
   result = lib.add(3, 4)
   print(result)
   

4. 使用PyBind11

PyBind11是一個輕量級的頭文件庫，用于將C++代碼暴露給Python。

步驟：

1. 安裝PyBind11：

   git clone https://github.com/pybind/pybind11.git
   cd pybind11
   mkdir build && cd build
   cmake ..
   make -j$(nproc)
   sudo make install
   

2. 編寫C++代碼（例如example.cpp）：

   #include <pybind11/pybind11.h>
   
   int add(int a, int b) {
       return a + b;
   }
   
   namespace py = pybind11;
   
   PYBIND11_MODULE(example, m) {
       m.def("add", &add, "A function which adds two numbers");
   }
   

3. 編譯C++代碼：

   g++ -O3 -Wall -shared -std=c++11 -fPIC $(python3 -m pybind11 --includes) example.cpp -o example$(python3-config --extension-suffix)
   

4. 在Python中使用：

   import example
   print(example.add(3, 4))
   

選擇哪種方法取決于你的具體需求和項目的復雜性。對于簡單的交互，ctypes可能是一個不錯的選擇；而對于更復雜的場景，SWIG或PyBind11可能更適合。