python函數(shù)復用原理 Python代碼復用

Python在程序設計中,函數(shù)的使用有哪些作用?請具體闡述。

在所有編程語言中，函數(shù)的作用都是相似的

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在開發(fā)程序的時候，某一段代碼需要執(zhí)行很多次，為了提高編寫的效率以及代碼的復用，需要把這一段代碼封裝成一個模塊，這就是函數(shù)

python協(xié)程和異步IO——IO多路復用

C10k是一個在1999年被提出來的技術(shù)挑戰(zhàn),如何在一顆1GHz CPU,2G內(nèi)存,1gbps網(wǎng)絡環(huán)境下,讓單臺服務器同時為1萬個客戶端提供FTP服務

阻塞式I/O(使用最多)、非阻塞式I/O、I/O復用、信號驅(qū)動式I/O(幾乎不使用)、異步I/O(POSIX的aio_系列函數(shù))

select、poll、epoll都是IO多路復用的機制。I/O多路復用就是通過一種機制,一個進程可以監(jiān)聽多個描述符,一旦，某個描述符就緒(一般是讀就緒或者寫就緒),能夠通知程序進行相應的讀寫操作。但select、poll、epoll本質(zhì)上都是同步I/O,因為他們都需要在讀寫時間就緒后負責進行讀寫,也就是說讀寫過程是阻塞的,而異步I/O無需自己負責進行讀寫,異步I/O的實現(xiàn)會負責把數(shù)據(jù)從內(nèi)核拷貝到用戶空間

(1)select

select函數(shù)監(jiān)視的文件描述符分3類,分別是writefds、readfds、exceptfds。調(diào)用select函數(shù)會阻塞,直到有描述符就緒(有數(shù)據(jù)可讀、可寫或者有except),或者超時函數(shù)返回。當select函數(shù)返回后可以通過遍歷fdset來找到就緒的描述符。

select目前幾乎在所有的平臺上支持,其良好的跨平臺支持也是它的一個優(yōu)點。select的一個缺點在于單個進程能夠監(jiān)視的文件描述符的數(shù)量存在最大限制,在Linux上一般為1024,可以通過修改宏定義甚至重新編譯內(nèi)核的方式提升這一限制,但是這樣也會降低效率。

(2)poll

不同于select使用三個位圖來表示三個fdset的方式,poll使用一個pollfd的指針實現(xiàn)。

pollfd結(jié)構(gòu)包含了要監(jiān)視的event和發(fā)生的event,不再使用select"參數(shù)-值"傳遞的方式。同時pollfd并沒有最大數(shù)量限制(但是數(shù)量過大后性能也會下降)。和select函數(shù)一樣,poll返回后,需要輪詢pollfd來獲取就緒的描述符。

從上面看,select和poll都需要在返回后通過遍歷文件描述符來獲取已經(jīng)就緒的socket。事實上同時連接的大量客戶端在同一時刻可能只有很少的處于就緒的狀態(tài),因此隨著監(jiān)視的描述符數(shù)量的增長,其效率也會線性下降

(3)epoll

epoll是在2.6內(nèi)核中提出的,是之前的select和poll的增強版本。相對于select和poll來說,epoll更加領靈活,沒有描述符限制。epoll使用一個文件描述符管理多個描述符,將用戶關(guān)系的文件描述符的事件存放到內(nèi)核的一個事件表中,這樣在用戶空間和內(nèi)核空間的copy只需一次。

python的函數(shù)和代碼復用是什么意思

就是說一段代碼/函數(shù)你能用多次，就像南孚一樣，用在不同的場合中

如何實現(xiàn) C/C++ 與 Python 的通信

屬于混合編程的問題。較全面的介紹一下，不僅限于題主提出的問題。

以下討論中，Python指它的標準實現(xiàn)，即CPython（雖然不是很嚴格）

本文分4個部分

C/C++ 調(diào)用 Python （基礎篇）— 僅討論Python官方提供的實現(xiàn)方式

Python 調(diào)用 C/C++ （基礎篇）— 僅討論Python官方提供的實現(xiàn)方式

C/C++ 調(diào)用 Python （高級篇）— 使用 Cython

Python 調(diào)用 C/C++ （高級篇）— 使用 SWIG

練習本文中的例子，需要搭建Python擴展開發(fā)環(huán)境。具體細節(jié)見搭建Python擴展開發(fā)環(huán)境 - 蛇之魅惑 - 知乎專欄

1 C/C++ 調(diào)用 Python（基礎篇）

Python 本身就是一個C庫。你所看到的可執(zhí)行體python只不過是個stub。真正的python實體在動態(tài)鏈接庫里實現(xiàn)，在Windows平臺上，這個文件位于 %SystemRoot%\System32\python27.dll。

你也可以在自己的程序中調(diào)用Python，看起來非常容易：

//my_python.c

#include Python.h

int main(int argc, char *argv[])

{

Py_SetProgramName(argv[0]);

Py_Initialize();

PyRun_SimpleString("print 'Hello Python!'\n");

Py_Finalize();

return 0;

}

在Windows平臺下，打開Visual Studio命令提示符，編譯命令為

cl my_python.c -IC:\Python27\include C:\Python27\libs\python27.lib

在Linux下編譯命令為

gcc my_python.c -o my_python -I/usr/include/python2.7/ -lpython2.7

在Mac OS X 下的編譯命令同上

產(chǎn)生可執(zhí)行文件后，直接運行，結(jié)果為輸出

Hello Python!

Python庫函數(shù)PyRun_SimpleString可以執(zhí)行字符串形式的Python代碼。

雖然非常簡單，但這段代碼除了能用C語言動態(tài)生成一些Python代碼之外，并沒有什么用處。我們需要的是C語言的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠和Python交互。

下面舉個例子，比如說，有一天我們用Python寫了一個功能特別強大的函數(shù)：

def great_function(a):

return a + 1

接下來要把它包裝成C語言的函數(shù)。我們期待的C語言的對應函數(shù)應該是這樣的：

int great_function_from_python(int a) {

int res;

// some magic

return res;

}

首先，復用Python模塊得做‘import’，這里也不例外。所以我們把great_function放到一個module里，比如說，這個module名字叫 great_module.py

接下來就要用C來調(diào)用Python了，完整的代碼如下：

#include Python.h

int great_function_from_python(int a) {

int res;

PyObject *pModule,*pFunc;

PyObject *pArgs, *pValue;

/* import */

pModule = PyImport_Import(PyString_FromString("great_module"));

/* great_module.great_function */

pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, "great_function");

/* build args */

pArgs = PyTuple_New(1);

PyTuple_SetItem(pArgs,0, PyInt_FromLong(a));

/* call */

pValue = PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);

res = PyInt_AsLong(pValue);

return res;

}

從上述代碼可以窺見Python內(nèi)部運行的方式：

所有Python元素，module、function、tuple、string等等，實際上都是PyObject。C語言里操縱它們，一律使用PyObject *。

Python的類型與C語言類型可以相互轉(zhuǎn)換。Python類型XXX轉(zhuǎn)換為C語言類型YYY要使用PyXXX_AsYYY函數(shù)；C類型YYY轉(zhuǎn)換為Python類型XXX要使用PyXXX_FromYYY函數(shù)。

也可以創(chuàng)建Python類型的變量，使用PyXXX_New可以創(chuàng)建類型為XXX的變量。

若a是Tuple，則a[i] = b對應于 PyTuple_SetItem(a,i,b)，有理由相信還有一個函數(shù)PyTuple_GetItem完成取得某一項的值。

不僅Python語言很優(yōu)雅，Python的庫函數(shù)API也非常優(yōu)雅。

現(xiàn)在我們得到了一個C語言的函數(shù)了，可以寫一個main測試它

#include Python.h

int great_function_from_python(int a);

int main(int argc, char *argv[]) {

Py_Initialize();

printf("%d",great_function_from_python(2));

Py_Finalize();

}

編譯的方式就用本節(jié)開頭使用的方法。

在Linux/Mac OSX運行此示例之前，可能先需要設置環(huán)境變量：

bash:

export PYTHONPATH=.:$PYTHONPATH

csh:

setenv PYTHONPATH .:$PYTHONPATH

2 Python 調(diào)用 C/C++（基礎篇）

這種做法稱為Python擴展。

比如說，我們有一個功能強大的C函數(shù)：

int great_function(int a) {

return a + 1;

}

期望在Python里這樣使用：

from great_module import great_function

great_function(2)

3

考慮最簡單的情況。我們把功能強大的函數(shù)放入C文件 great_module.c 中。

#include Python.h

int great_function(int a) {

return a + 1;

}

static PyObject * _great_function(PyObject *self, PyObject *args)

{

int _a;

int res;

if (!PyArg_ParseTuple(args, "i", _a))

return NULL;

res = great_function(_a);

return PyLong_FromLong(res);

}

static PyMethodDef GreateModuleMethods[] = {

{

"great_function",

_great_function,

METH_VARARGS,

""

},

{NULL, NULL, 0, NULL}

};

PyMODINIT_FUNC initgreat_module(void) {

(void) Py_InitModule("great_module", GreateModuleMethods);

}

除了功能強大的函數(shù)great_function外，這個文件中還有以下部分：

包裹函數(shù)_great_function。它負責將Python的參數(shù)轉(zhuǎn)化為C的參數(shù)（PyArg_ParseTuple），調(diào)用實際的great_function，并處理great_function的返回值，最終返回給Python環(huán)境。

導

出表GreateModuleMethods。它負責告訴Python這個模塊里有哪些函數(shù)可以被Python調(diào)用。導出表的名字可以隨便起，每一項有4

個參數(shù)：第一個參數(shù)是提供給Python環(huán)境的函數(shù)名稱，第二個參數(shù)是_great_function，即包裹函數(shù)。第三個參數(shù)的含義是參數(shù)變長，第四個

參數(shù)是一個說明性的字符串。導出表總是以{NULL, NULL, 0, NULL}結(jié)束。

導出函數(shù)initgreat_module。這個的名字不是任取的，是你的module名稱添加前綴init。導出函數(shù)中將模塊名稱與導出表進行連接。

在Windows下面，在Visual Studio命令提示符下編譯這個文件的命令是

cl /LD great_module.c /o great_module.pyd -IC:\Python27\include C:\Python27\libs\python27.lib

/LD 即生成動態(tài)鏈接庫。編譯成功后在當前目錄可以得到 great_module.pyd（實際上是dll）。這個pyd可以在Python環(huán)境下直接當作module使用。

在Linux下面，則用gcc編譯：

gcc -fPIC -shared great_module.c -o great_module.so -I/usr/include/python2.7/ -lpython2.7

在當前目錄下得到great_module.so，同理可以在Python中直接使用。

本部分參考資料

《Python源碼剖析-深度探索動態(tài)語言核心技術(shù)》是系統(tǒng)介紹CPython實現(xiàn)以及運行原理的優(yōu)秀教程。

Python 官方文檔的這一章詳細介紹了C/C++與Python的雙向互動Extending and Embedding the Python Interpreter

關(guān)于編譯環(huán)境，本文所述方法僅為出示原理所用。規(guī)范的方式如下：3. Building C and C++ Extensions with distutils

作為字典使用的官方參考文檔 Python/C API Reference Manual

用以上的方法實現(xiàn)C/C++與Python的混合編程，需要對Python的內(nèi)部實現(xiàn)有相當?shù)牧私狻＝酉聛斫榻B當前較為成熟的技術(shù)Cython和SWIG。

3 C/C++ 調(diào)用 Python（使用Cython）

在

前面的小節(jié)中談到，Python的數(shù)據(jù)類型和C的數(shù)據(jù)類型貌似是有某種“一一對應”的關(guān)系的，此外，由于Python（確切的說是CPython）本身是

由C語言實現(xiàn)的，故Python數(shù)據(jù)類型之間的函數(shù)運算也必然與C語言有對應關(guān)系。那么，有沒有可能“自動”的做替換，把Python代碼直接變成C代碼

呢？答案是肯定的，這就是Cython主要解決的問題。

安裝Cython非常簡單。Python 2.7.9以上的版本已經(jīng)自帶easy_install：

easy_install -U cython

在Windows環(huán)境下依然需要Visual

Studio，由于安裝的過程需要編譯Cython的源代碼，故上述命令需要在Visual

Studio命令提示符下完成。一會兒使用Cython的時候，也需要在Visual

Studio命令提示符下進行操作，這一點和第一部分的要求是一樣的。

繼續(xù)以例子說明：

#great_module.pyx

cdef public great_function(a,index):

return a[index]

這其中有非Python關(guān)鍵字cdef和public。這些關(guān)鍵字屬于Cython。由于我們需要在C語言中使用

“編譯好的Python代碼”，所以得讓great_function從外面變得可見，方法就是以“public”修飾。而cdef類似于Python的

def，只有使用cdef才可以使用Cython的關(guān)鍵字public。

這個函數(shù)中其他的部分與正常的Python代碼是一樣的。

接下來編譯 great_module.pyx

cython great_module.pyx

得到great_module.h和great_module.c。打開great_module.h可以找到這樣一句聲明：

__PYX_EXTERN_C DL_IMPORT(PyObject) *great_function(PyObject *, PyObject *)

寫一個main使用great_function。注意great_function并不規(guī)定a是何種類型，它的

功能只是提取a的第index的成員而已，故使用great_function的時候，a可以傳入Python

String，也可以傳入tuple之類的其他可迭代類型。仍然使用之前提到的類型轉(zhuǎn)換函數(shù)PyXXX_FromYYY和PyXXX_AsYYY。

//main.c

#include Python.h

#include "great_module.h"

int main(int argc, char *argv[]) {

PyObject *tuple;

Py_Initialize();

initgreat_module();

printf("%s\n",PyString_AsString(

great_function(

PyString_FromString("hello"),

PyInt_FromLong(1)

)

));

tuple = Py_BuildValue("(iis)", 1, 2, "three");

printf("%d\n",PyInt_AsLong(

great_function(

tuple,

PyInt_FromLong(1)

)

));

printf("%s\n",PyString_AsString(

great_function(

tuple,

PyInt_FromLong(2)

)

));

Py_Finalize();

}

編譯命令和第一部分相同：

在Windows下編譯命令為

cl main.c great_module.c -IC:\Python27\include C:\Python27\libs\python27.lib

在Linux下編譯命令為

gcc main.c great_module.c -o main -I/usr/include/python2.7/ -lpython2.7

這個例子中我們使用了Python的動態(tài)類型特性。如果你想指定類型，可以利用Cython的靜態(tài)類型關(guān)鍵字。例子如下：

#great_module.pyx

cdef public char great_function(const char * a,int index):

return a[index]

cython編譯后得到的.h里，great_function的聲明是這樣的：

__PYX_EXTERN_C DL_IMPORT(char) great_function(char const *, int);

很開心對不對！

這樣的話，我們的main函數(shù)已經(jīng)幾乎看不到Python的痕跡了：

//main.c

#include Python.h

#include "great_module.h"

int main(int argc, char *argv[]) {

Py_Initialize();

initgreat_module();

printf("%c",great_function("Hello",2));

Py_Finalize();

}

在這一部分的最后我們給一個看似實用的應用（僅限于Windows）：

還是利用剛才的great_module.pyx，準備一個dllmain.c：

#include Python.h

#include Windows.h

#include "great_module.h"

extern __declspec(dllexport) int __stdcall _great_function(const char * a, int b) {

return great_function(a,b);

}

BOOL WINAPI DllMain(HINSTANCE hinstDLL,DWORD fdwReason,LPVOID lpReserved) {

switch( fdwReason ) {

case DLL_PROCESS_ATTACH:

Py_Initialize();

initgreat_module();

break;

case DLL_PROCESS_DETACH:

Py_Finalize();

break;

}

return TRUE;

}

在Visual Studio命令提示符下編譯：

cl /LD dllmain.c great_module.c -IC:\Python27\include C:\Python27\libs\python27.lib

會得到一個dllmain.dll。我們在Excel里面使用它，沒錯，傳說中的Excel與Python混合編程：

參考資料：Cython的官方文檔，質(zhì)量非常高：

Welcome to Cython’s Documentation

出自：Jerry Jho

網(wǎng)頁標題：python函數(shù)復用原理 Python代碼復用
鏈接URL：http://www.muchs.cn/article14/doocpde.html

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