如何在Ubuntu中集成C++與Python

在Ubuntu中集成C++與Python可以通過多種方式實現，以下是一些常見的方法：

方法一：使用Python的C API

Python提供了一個C API，允許你從C或C++代碼中調用Python代碼，反之亦然。

1. 編寫C++代碼： 假設你有一個簡單的C++函數：

   // mymodule.cpp
   #include <Python.h>
   
   static PyObject* add(PyObject* self, PyObject* args) {
       int a, b;
       if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &a, &b)) {
           return NULL;
       }
       return Py_BuildValue("i", a + b);
   }
   
   static PyMethodDef MyMethods[] = {
       {"add", add, METH_VARARGS, "Add two numbers"},
       {NULL, NULL, 0, NULL}
   };
   
   static struct PyModuleDef mymodule = {
       PyModuleDef_HEAD_INIT,
       "mymodule",
       NULL,
       -1,
       MyMethods
   };
   
   PyMODINIT_FUNC PyInit_mymodule(void) {
       return PyModule_Create(&mymodule);
   }
   

2. 編譯C++代碼為共享庫： 使用g++編譯C++代碼為共享庫：

   g++ -fPIC -I/usr/include/python3.8 -lpython3.8 -o mymodule.so mymodule.cpp
   

3. 在Python中使用C++模塊： 在Python中導入并使用編譯好的C++模塊：

   import mymodule
   
   result = mymodule.add(3, 4)
   print(result)  # 輸出 7
   

方法二：使用Boost.Python

Boost.Python是一個C++庫，可以方便地將C++代碼暴露給Python。

1. 安裝Boost.Python：

   sudo apt-get install libboost-python-dev
   

2. 編寫C++代碼：

   // mymodule.cpp
   #include <boost/python.hpp>
   
   char const* greet() {
       return "hello, world";
   }
   
   BOOST_PYTHON_MODULE(hello_ext) {
       using namespace boost::python;
       def("greet", greet);
   }
   

3. 編譯C++代碼為共享庫：

   g++ -I/usr/include/python3.8 -lboost_python38 -fPIC -o hello_ext.so mymodule.cpp
   

4. 在Python中使用C++模塊：

   import hello_ext
   
   print(hello_ext.greet())  # 輸出 hello, world
   

方法三：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。

1. 安裝pybind11： 你可以從GitHub克隆pybind11并編譯安裝：

   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：

   // mymodule.cpp
   #include <pybind11/pybind11.h>
   
   int add(int i, int j) {
       return i + j;
   }
   
   namespace py = pybind11;
   
   PYBIND11_MODULE(mymodule, m) {
       m.doc() = "pybind11 example plugin"; // Optional module docstring
       m.def("add", &add, "A function which adds two numbers");
   }
   

3. 編譯C++代碼為共享庫：

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

4. 在Python中使用C++模塊：

   import mymodule
   
   result = mymodule.add(3, 4)
   print(result)  # 輸出 7
   

方法四：使用Cython

Cython是一種編程語言，可以將Python代碼轉換為C代碼，并且可以與C++代碼集成。

1. 安裝Cython：

   pip install cython
   

2. 編寫C++代碼：

   // mymodule.cpp
   extern "C" {
       int add(int a, int b) {
           return a + b;
       }
   }
   

3. 編寫Cython接口文件：

   # mymodule.pyx
   cdef extern from "mymodule.cpp":
       int add(int a, int b)
   
   def py_add(int a, int b):
       return add(a, b)
   

4. 編寫setup.py：

   from setuptools import setup
   from Cython.Build import cythonize
   
   setup(
       ext_modules=cythonize("mymodule.pyx"),
       include_dirs=[],
       libraries=["mymodule"],
       library_dirs=[]
   )
   

5. 編譯Cython代碼：

   python setup.py build_ext --inplace
   

6. 在Python中使用C++模塊：

   import mymodule
   
   result = mymodule.py_add(3, 4)
   print(result)  # 輸出 7
   

以上方法各有優缺點，選擇哪種方法取決于你的具體需求和偏好。