深度淺析Python開發(fā)過程
Python是一門功能強(qiáng)大的高級(jí)腳本語言，它的強(qiáng)大不僅表現(xiàn)在其自身的功能上，而且還表現(xiàn)在其良好的可擴(kuò)展性上，正因如此，Python開發(fā)已經(jīng)開始受到越來越多人的青睞，并且被屢屢成功地應(yīng)用于各類大型軟件系統(tǒng)的開發(fā)過程中。
與其它普通腳本語言有所不同，Python程序員可以借助Python語言提供的API，使用C或者C++來對(duì)Python進(jìn)行功能性擴(kuò)展。從而即可以利用Python方便靈活的語法和功能，又可以獲得與C或者C++幾乎相同的執(zhí)行性能。
執(zhí)行速度慢是幾乎所有腳本語言都具有的共性。也是倍受人們指責(zé)的一個(gè)重要因素，Python則通過與C語言的有機(jī)結(jié)合巧妙地解決了這一問題，從而使腳本語言的應(yīng)用范圍得到了很大擴(kuò)展。
在用Python開發(fā)實(shí)際軟件系統(tǒng)時(shí)，很多時(shí)候都需要使用C/C++來對(duì)Python進(jìn)行擴(kuò)展。最常見的情況是目前已經(jīng)存在一個(gè)用C編寫的庫。需要在Python語言中使用該庫的某些功能，此時(shí)就可以借助Python提供的擴(kuò)展功能來實(shí)現(xiàn)。此外，由于Python從本質(zhì)上講還是一種腳本語言。
某些功能用Python實(shí)現(xiàn)可能很難滿足實(shí)際軟件系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行效率的要求，此時(shí)也可以借助Python提供的擴(kuò)展功能，將這些關(guān)鍵代碼段用C或者C++實(shí)現(xiàn)，從而提供程序的執(zhí)行性能。本文主要介紹Python提供的C語言擴(kuò)展接口，以及如何使用這些接口和C/C++語言來對(duì)Python進(jìn)行功能性擴(kuò)展，并輔以具體的實(shí)例講述如何實(shí)現(xiàn)Python的功能擴(kuò)展。
Python是用C語言實(shí)現(xiàn)的一種腳本語言，本身具有優(yōu)良的開放性和可擴(kuò)展性，并提供了方便靈活的應(yīng)用程序接口(API)。從而使得C/C++程序員能夠在各個(gè)級(jí)別上對(duì)Python解釋器的功能進(jìn)行擴(kuò)展。在使用C/C++對(duì)Python進(jìn)行功能擴(kuò)展之前，必須首先掌握Python解釋所提供的C語言接口。
Python開發(fā)是一門面向?qū)ο蟮哪_本語言，所有的對(duì)象在Python解釋器中都被表示成PyObject，PyObject結(jié)構(gòu)包含Python對(duì)象的所有成員指針。并且對(duì)Python對(duì)象的類型信息和引用計(jì)數(shù)進(jìn)行維護(hù)。在進(jìn)行Python的擴(kuò)展編程時(shí)，一旦要在C或者C++中對(duì)Python對(duì)象進(jìn)行處理，就意味著要維護(hù)一個(gè)PyObject結(jié)構(gòu)。
在Python的C語言擴(kuò)展接口中，大部分函數(shù)都有一個(gè)或者多個(gè)參數(shù)為PyObject指針類型，并且返回值也大都為PyObject指針。為了簡(jiǎn)化內(nèi)存管理，Python通過引用計(jì)數(shù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的垃圾回收功能，Python中的每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)引用計(jì)數(shù)，用來計(jì)數(shù)該對(duì)象在不同場(chǎng)所分別被引用了多少次。
每當(dāng)引用一次Python對(duì)象，相應(yīng)的引用計(jì)數(shù)就增1，每當(dāng)消毀一次Python對(duì)象，則相應(yīng)的引用就減1，只有當(dāng)引用計(jì)數(shù)為零時(shí)，才真正從內(nèi)存中刪除Python對(duì)象，下面的例子說明了Python解釋器如何利用引用計(jì)數(shù)來對(duì)Pyhon對(duì)象進(jìn)行管理：
- 例1:refcount.py
- class refcount:
- # etc.
- r1 = refcount() # 引用計(jì)數(shù)為1
- r2 = r1 # 引用計(jì)數(shù)為2
- del(r1) # 引用計(jì)數(shù)為1
- del(r2) # 引用計(jì)數(shù)為0，刪除對(duì)象
在C/C++中處理Python對(duì)象時(shí)，對(duì)引用計(jì)數(shù)進(jìn)行正確的維護(hù)是一個(gè)關(guān)鍵問題，處理不好將很容易產(chǎn)生內(nèi)存泄漏。Python的C語言接口提供了一些宏來對(duì)引用計(jì)數(shù)進(jìn)行維護(hù)，最常見的是用Py_INCREF()來增加使Python對(duì)象的引用計(jì)數(shù)增1，用Py_DECREF()來使Python對(duì)象的引用計(jì)數(shù)減1。
該函數(shù)是Python開發(fā)和C函數(shù)進(jìn)行交互的接口，帶有兩個(gè)參數(shù)：self和args。參數(shù)self只在C函數(shù)被實(shí)現(xiàn)為內(nèi)聯(lián)方法(built-in method)時(shí)才被用到，通常該參數(shù)的值為空(NULL)。參數(shù)args中包含了Python解釋器要傳遞給C函數(shù)的所有參數(shù)，通常使用Python的C語言擴(kuò)展接口提供的函數(shù)PyArg_ParseTuple()來獲得這些參數(shù)值。
方法列表中的每項(xiàng)由四個(gè)部分組成：方法名、導(dǎo)出函數(shù)、參數(shù)傳遞方式和方法描述。方法名是從Python解釋器中調(diào)用該方法時(shí)所使用的名字。參數(shù)傳遞方式則規(guī)定了Python向C函數(shù)傳遞參數(shù)的具體形式。
可選的兩種方式是METH_VARARGS和METH_KEYWORDS，其中METH_VARARGS是參數(shù)傳遞的標(biāo)準(zhǔn)形式，它通過Python的元組在Python解釋器和C函數(shù)之間傳遞參數(shù)，若采用METH_KEYWORD方式，則Python解釋器和C函數(shù)之間將通過Python的字典類型在兩者之間進(jìn)行參數(shù)傳遞。
作為一門功能強(qiáng)大的腳本語言，Python將被更加廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。為了克服腳本語言執(zhí)行速度慢的問題，Python提供了相應(yīng)的C語言擴(kuò)展接口，通過將影響執(zhí)行性能的關(guān)鍵代碼用C語言實(shí)現(xiàn)，可以很大程度上提高用Python編寫的腳本在運(yùn)行時(shí)的速度，從而滿足實(shí)際需要。
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