Вызов кода Python из C: практические сценарии интеграции

Как передать аргументы в функцию Python из C?

Для вызова определённой функции с аргументами используется последовательность: импорт модуля, получение атрибута функции, создание кортежа аргументов и вызов.

#include <Python.h>

int main() {
    Py_Initialize();
    
    // Импорт модуля math
    PyObject *pModule = PyImport_ImportModule("math");
    if (!pModule) { PyErr_Print(); return 1; }
    
    // Получение функции sqrt
    PyObject *pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, "sqrt");
    if (!pFunc || !PyCallable_Check(pFunc)) { PyErr_Print(); return 1; }
    
    // Подготовка аргумента: число 16.0
    PyObject *pArgs = Py_BuildValue("(f)", 16.0);
    
    // Вызов функции
    PyObject *pResult = PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
    if (!pResult) { PyErr_Print(); return 1; }
    
    // Извлечение значения
    double result = PyFloat_AsDouble(pResult);
    printf("sqrt(16) = %f\n", result);
    
    // Освобождение памяти
    Py_XDECREF(pResult);
    Py_XDECREF(pArgs);
    Py_XDECREF(pFunc);
    Py_XDECREF(pModule);
    
    Py_Finalize();
    return 0;
}

C вызов python (вызов python из c)

Пояснение: Py_BuildValue формирует кортеж аргументов в зависимости от строки формата (здесь "(f)" - один float). После вызова PyObject_CallObject результат может быть любого типа. Его преобразуют в C-тип с помощью PyFloat_AsDouble. Важно освобождать все PyObject* счётчиком Py_XDECREF.

Как обрабатывать исключения Python в C?

При вызове Python-кода из C может возникнуть исключение. Его необходимо перехватывать и корректно обрабатывать, чтобы программа не завершилась аварийно.

#include <Python.h>

int main() {
    Py_Initialize();
    
    PyObject *pModule = PyImport_ImportModule("math");
    PyObject *pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, "invalid_func");
    if (!pFunc) {
        // Если атрибут не найден, получаем объект исключения
        PyObject *pType, *pValue, *pTraceback;
        PyErr_Fetch(&pType, &pValue, &pTraceback);
        PyErr_NormalizeException(&pType, &pValue, &pTraceback);
        
        // Вывод в stderr
        PyErr_Display(pType, pValue, pTraceback);
        
        // Освобождение
        Py_XDECREF(pType);
        Py_XDECREF(pValue);
        Py_XDECREF(pTraceback);
    }
    
    Py_XDECREF(pModule);
    Py_Finalize();
    return 0;
}

библиотека dll python (библиотека для работы с dll в python)

Пояснение: PyErr_Fetch извлекает информацию об исключении. PyErr_NormalizeException гарантирует, что класс исключения корректен. PyErr_Display выводит трассу подобно Python. После обработки объекты освобождаются.

Как выполнить целый файл на Python из C?

Для запуска скрипта из файла используется PyRun_FileEx или PyRun_SimpleFileEx.

#include <Python.h>

int main() {
    Py_Initialize();
    
    FILE *fp = fopen("script.py", "r");
    if (!fp) { perror("fopen"); return 1; }
    
    PyRun_SimpleFileEx(fp, "script.py", 1);  // 1 – закрыть файл после выполнения
    // или PyRun_FileEx(fp, "script.py", Py_file_input, NULL, NULL);
    
    Py_Finalize();
    return 0;
}

Пояснение: Второй аргумент для PyRun_SimpleFileEx - имя файла (используется в сообщениях об ошибках). Третий аргумент 1 означает, что C автоматически закроет файл. Альтернатива PyRun_FileEx даёт больше контроля (можно передать глобальные/локальные словари).

Как импортировать собственный модуль и вызвать его функцию?

При работе с пользовательскими модулями необходимо добавить путь к каталогу с этим модулем в sys.path.

#include <Python.h>

int main() {
    Py_Initialize();
    
    // Добавление текущего каталога в sys.path
    PyRun_SimpleString("import sys; sys.path.insert(0, '.')");
    
    // Импорт модуля mymodule
    PyObject *pMod = PyImport_ImportModule("mymodule");
    if (!pMod) { PyErr_Print(); return 1; }
    
    // Вызов функции mymodule.greet("Мир")
    PyObject *pResult = PyObject_CallMethod(pMod, "greet", "(s)", "Мир");
    if (!pResult) { PyErr_Print(); return 1; }
    
    printf("Результат: %s\n", PyUnicode_AsUTF8(pResult));
    
    Py_XDECREF(pResult);
    Py_DECREF(pMod);
    Py_Finalize();
    return 0;
}

Пояснение: PyObject_CallMethod удобен, когда нужно вызвать метод или функцию с именем и аргументами. Формат строки аналогичен Py_BuildValue. Для строковых результатов используется PyUnicode_AsUTF8.

Как обмениваться сложными типами (списками и словарями) между C и Python?

Для передачи массивов или ассоциативных массивов API предоставляет функции создания списков и словарей.

#include <Python.h>

int main() {
    Py_Initialize();
    
    // Создание списка [10, 20, 30]
    PyObject *pList = PyList_New(3);
    PyList_SetItem(pList, 0, PyLong_FromLong(10));
    PyList_SetItem(pList, 1, PyLong_FromLong(20));
    PyList_SetItem(pList, 2, PyLong_FromLong(30));
    
    // Создание словаря {"a": 1, "b": 2}
    PyObject *pDict = PyDict_New();
    PyDict_SetItemString(pDict, "a", PyLong_FromLong(1));
    PyDict_SetItemString(pDict, "b", PyLong_FromLong(2));
    
    // Передача в Python-функцию (например, sum_list)
    PyObject *pModule = PyImport_ImportModule("builtins");
    PyObject *pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, "sum");
    PyObject *pArgs = PyTuple_Pack(1, pList);
    PyObject *pResult = PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
    printf("sum = %ld\n", PyLong_AsLong(pResult));
    
    // Освобождение
    Py_DECREF(pDict);
    Py_DECREF(pList);
    Py_DECREF(pResult);
    Py_DECREF(pArgs);
    Py_DECREF(pFunc);
    Py_DECREF(pModule);
    
    Py_Finalize();
    return 0;
}

Пояснение: PyList_New выделяет список заданной длины, затем элементы заполняются PyList_SetItem (обратите внимание: эта функция «ворует» ссылку, поэтому не нужно дополнительно декрементировать переданные объекты). Для словаря PyDict_SetItemString принимает ключ как const char*. Все созданные объекты должны быть освобождены.

Как работать с массивами NumPy из C?

Если требуется высокая производительность, можно использовать NumPy C API. Для этого импортируется модуль numpy и создаётся массив через PyArray_SimpleNew.

#include <Python.h>
#include <numpy/arrayobject.h>

int main() {
    Py_Initialize();
    import_array();  // Инициализация NumPy API
    
    npy_intp dims[] = {3, 4};
    PyObject *pArray = PyArray_SimpleNew(2, dims, NPY_FLOAT64);
    
    // Заполнение данными
    double *data = (double*)PyArray_DATA(pArray);
    for(int i=0; i<12; i++) data[i] = i*1.5;
    
    // Передача в Python и получение среднего
    PyObject *pModule = PyImport_ImportModule("numpy");
    PyObject *pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, "mean");
    PyObject *pArgs = PyTuple_Pack(1, pArray);
    PyObject *pRes = PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
    double mean = PyFloat_AsDouble(pRes);
    printf("Среднее = %f\n", mean);
    
    Py_DECREF(pRes);
    Py_DECREF(pArgs);
    Py_DECREF(pFunc);
    Py_DECREF(pModule);
    Py_DECREF(pArray);
    Py_Finalize();
    return 0;
}

Пояснение: import_array() обязателен для использования NumPy C API. PyArray_SimpleNew создаёт непрерывный массив заданного типа. Доступ к данным осуществляется через макрос PyArray_DATA. Важно подключать заголовочный файл numpy/arrayobject.h.