用C扩展Python2

参考

python扩展实现方法--python与c混和编程

编写Python扩展（Extending Python with C or C++）

https://docs.python.org/2.7/extending/embedding.html

 

环境

主机： ubuntu14.04 64bit

开发板： qemu + aarch64 （参考： http://www.cnblogs.com/pengdonglin137/p/6442583.html）

 

工具链： aarch64-linux-gnu-gcc  (gcc version 4.9.1 20140529)

Python版本： Python-2.7.13

 

概述

上面参考列表中的文章已经说的很全了，这里仅作一些补充。分为三个：

1、交叉编译扩展模块到aarch64上面

2、编译扩展模块到Qemu模拟的x86_64上面

3、编译扩展模块到PC(x86_64)上面

采用的测试模块是Extend_wrap.c，这个在python扩展实现方法--python与c混和编程中有说明，源码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <Python.h>

#define BUFSIZE 10

int fac(int n) {
    if (n < 2)
        return 1;
    return n * fac(n - 1);
}

static PyObject * Extest_fac(PyObject *self, PyObject *args) {
    int res;//计算结果值
    int num;//参数
    PyObject* retval;//返回值

    //i表示需要传递进来的参数类型为整型，如果是，就赋值给num，如果不是，返回NULL；
    res = PyArg_ParseTuple(args, "i", &num);
    if (!res) {
        //包装函数返回NULL，就会在Python调用中产生一个TypeError的异常
        return NULL;
    }
    res = fac(num);
    //需要把c中计算的结果转成python对象，i代表整数对象类型。
    retval = (PyObject *)Py_BuildValue("i", res);
    return retval;
}

char *reverse(char *s) {
    register char t;
    char *p = s;
    char *q = (s + (strlen(s) - 1));
    while (p < q) {
        t = *p;
        *p++ = *q;
        *q-- = t;
    }
    return s;
}

static PyObject *
Extest_reverse(PyObject *self, PyObject *args) {
    char *orignal;
    if (!(PyArg_ParseTuple(args, "s", &orignal))) {
        return NULL;
    }
    return (PyObject *)Py_BuildValue("s", reverse(orignal));
}

static PyObject *
Extest_doppel(PyObject *self, PyObject *args) {
    char *orignal;
    char *reversed;
    PyObject * retval;
    if (!(PyArg_ParseTuple(args, "s", &orignal))) {
        return NULL;
    }
    retval = (PyObject *)Py_BuildValue("ss", orignal, reversed=reverse(strdup(orignal)));
    free(reversed);
    return retval;
}

static PyMethodDef
ExtestMethods[] = {
    {"fac", Extest_fac, METH_VARARGS},
    {"doppel", Extest_doppel, METH_VARARGS},
    {"reverse", Extest_reverse, METH_VARARGS},
    {NULL, NULL},
};

void initExtest() {
    Py_InitModule("Extest", ExtestMethods);
}

int main() {
    char s[BUFSIZE];
    printf("4! == %d
", fac(4));
    printf("8! == %d
", fac(8));
    printf("12! == %d
", fac(12));
    strcpy(s, "abcdef");
    printf("reversing 'abcdef', we get '%s'
", reverse(s));
    strcpy(s, "madam");
    printf("reversing 'madam', we get '%s'
", reverse(s));
    return 0;
}

关于这段代码的解释，请参考python扩展实现方法--python与c混和编程

正文

1、交叉编译扩展模块到aarch64上面

这里介绍两种方法：

第一种： 将这个文件拷贝到Python2.7.3的Modules目录下面编译

拷贝：

    cp Extest_wrap.c ../../Python-2.7.13/Modules/

修改Python-2.7.13/setup.py，添加模块：

diff --git a/setup.py b/setup.py
index 81355c7..5083c3d 100644
--- a/setup.py
+++ b/setup.py
@@ -1743,6 +1743,7 @@ class PyBuildExt(build_ext):
                                      '-framework', 'Carbon']) )
 
 
+        exts.append(Extension('Extest', ['Extest_wrap.c']))
         self.extensions.extend(exts)
 
         # Call the method for detecting whether _tkinter can be compiled

然后执行aarch64/mk2_make.sh，可以看到build/lib.linux2-aarch64-2.7/下面已经有Extest.so了：

$ls build/lib.linux2-aarch64-2.7/Extest.so -l
-rwxrwxr-x 1 pengdonglin pengdonglin 22121 Mar 22 14:47 build/lib.linux2-aarch64-2.7/Extest.so*

然后执行aarch64/mk3_install.sh，就会将Extest.so安装到lib/python2.7/lib-dynload/下面。

最后重新制作ramdisk文件，重启板子，测试Extest.so能否使用：

[root@aarch64 root]# python
Python 2.7.13 (default, Mar 22 2017, 10:39:43) 
[GCC 4.9.1 20140529 (prerelease)] on linux2
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import Extest
>>> Extest.fac(4)
24
>>> Extest.reverse("abc") 
'cba'
>>> Extest.doppel("abc")
('abc', 'cba')
>>> 

第二种： 手动编译

我们需要指定编译用的库以及头文件的搜索路径即可，下面是编译命令：

#!/bin/bash
export PATH=/home/pengdonglin/src/qemu/aarch64/gcc-linaro-aarch64-linux-gnu-4.9-2014.07_linux/bin:$PATH

CFLAGS="-I/home/pengdonglin/src/qemu/python_cross_compile/Python2/aarch64/include/python2.7 -fno-strict-aliasing -g -O2 -DNDEBUG -g -fwrapv -O3 -Wall -Wstrict-prototypes"

LDFLAGS="-L/home/pengdonglin/src/qemu/python_cross_compile/Python2/aarch64/lib -lpython2.7 -lpthread -ldl -lutil -lm -Xlinker -export-dynamic"

aarch64-linux-gnu-gcc -c ../Extest_wrap.c ${CFLAGS} -o Extest.o

aarch64-linux-gnu-gcc --shared Extest.o ${LDFLAGS} -o Extest.so

其中CFLAGS和LDFLAGS的值可以用下面的命令获得

$/usr/local/bin/python2-config --cflags
-I/usr/local/include/python2.7 -I/usr/local/include/python2.7 -fno-strict-aliasing -g -O2 -DNDEBUG -g -fwrapv -O3 -Wall -Wstrict-prototypes

$/usr/local/bin/python2-config --ldflags
-L/usr/local/lib/python2.7/config -lpython2.7 -lpthread -ldl -lutil -lm -Xlinker -export-dynamic

然后编译，就会在当前目录下面生成一个Extest.so，然后拷贝到板子的/usr/lib/python2.7/site-packages/下面，这个目录下存放的是一些第三方的扩展模块，而/usr/lib/python2.7/lib-dynload/存放的一般是内建模块。

或者可以写成Makefile：

CFLAGS = -pthread -fno-strict-aliasing -g -O2 -DNDEBUG -g -fwrapv -O3 -Wall -Wstrict-prototypes
CFLAGS += -fPIC -I/home/pengdonglin/qemu/thiry_part/Python2/aarch32/include/python2.7
CC = arm-none-linux-gnueabi-gcc

all:Extest.so

Extest.o: Extest_wrap.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c $^ -o $@

Extest.so: Extest.o
    $(CC) -pthread -shared $^ -o $@
    cp $@ /home/pengdonglin/qemu/thiry_part/Python2/aarch32/lib/python2.7/site-packages/

clean:
    $(RM) *.o *.so

.PHONY: clean all

将Extest_wrap.c跟Makefile放到统一目录下执行make命令即可

2、编译扩展模块到Qemu模拟的x86_64上面

这里也有三种方法：

第一种：将Extend_wrap.c拷贝到Python源码的Modules目录下，这个前面说过，不再重复

第二种：手动编译，编译命令如下

#!/bin/bash
CFLAGS="-I/home/pengdonglin/src/qemu/python_cross_compile/Python2/x86_64/include/python2.7 -fPIC"

LDFLAGS="-L/home/pengdonglin/src/qemu/python_cross_compile/Python2/x86_64/lib -fPIC"

gcc -c ../Extest_wrap.c ${CFLAGS} -o Extest.o

gcc --shared Extest.o ${LDFLAGS} -o Extest.so

编译完成后，将Extest.so拷贝到板子上面的相应目录下即可（如/usr/lib/python2.7/site-packages）

第三种：手动编写setup.py

setup.py:

#!/usr/bin/env python

from distutils.core import setup, Extension

MOD = 'Extest_x86_64'
setup(name=MOD, ext_modules=[Extension(MOD, sources=['Extest_wrap.c'])])

这里模块名是Extest_x86_64，同时需要注意的是需要将setup.py跟Extest_wrap.c放到同一个目录下面。

编译：

/home/pengdonglin/src/qemu/python_cross_compile/Python2/x86_64/bin/python ./setup.py build

从log看执行的其实就是下面两条命令：

gcc -pthread -fno-strict-aliasing -g -O2 -DNDEBUG -g -fwrapv -O3 -Wall -Wstrict-prototypes -fPIC -I/home/pengdonglin/src/qemu/python_cross_compile/Python2/x86_64/include/python2.7 -c Extest_wrap.c -o build/temp.linux-x86_64-2.7/Extest_wrap.o

creating build/lib.linux-x86_64-2.7
gcc -pthread -shared build/temp.linux-x86_64-2.7/Extest_wrap.o -o build/lib.linux-x86_64-2.7/Extest_x86_64.so

安装：

/home/pengdonglin/src/qemu/python_cross_compile/Python2/x86_64/bin/python ./setup.py  install

从log看，Extest_x86_64.so会被安装到/home/pengdonglin/src/qemu/python_cross_compile/Python2/x86_64/lib/python2.7/site-packages下面

running install
running build
running build_ext
running install_lib
copying build/lib.linux-x86_64-2.7/Extest_x86_64.so -> /home/pengdonglin/src/qemu/python_cross_compile/Python2/x86_64/lib/python2.7/site-packages
running install_egg_info
Writing /home/pengdonglin/src/qemu/python_cross_compile/Python2/x86_64/lib/python2.7/site-packages/Extest_x86_64-0.0.0-py2.7.egg-info

然后从新制作ramdisk就可以了

3、编译扩展模块到PC(x86_64)上面

在操作之前PC上面应该用Python源码编译安装一次，方法很简单:

#!/bin/bash
../Python-2.7.13/configure
make -j8
sudo make install

默认会被安装到/usr/local下面

方法一： 将Extend_wrap.c拷贝到Python源码的Modules目录下，这个前面说过，不再重复

方法二： 手动编译，编译命令如下

#!/bin/bash
CFLAGS="-I/usr/local/include/python2.7 -fPIC"
LDFLAGS="-L/usr/local/lib -fPIC"
gcc -c ../Extest_wrap.c ${CFLAGS} -o Extest.o
gcc --shared Extest.o ${LDFLAGS} -o Extest.so

将生成的Extest.so拷贝到/usr/local/lib/python2.7/site-packages/即可

测试：

$sudo cp Extest.so /usr/local/lib/python2.7/site-packages/
$/usr/local/bin/python
Python 2.7.13 (default, Mar 22 2017, 13:18:43) 
[GCC 4.8.4] on linux2
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import Extest
>>> Extest.reverse("peng")
'gnep'

方法三： 编写setup.py

setup.py:

$cat setup.py 
#!/usr/bin/env python
from distutils.core import setup, Extension
MOD = 'Extest'
setup(name=MOD, ext_modules=[Extension(MOD, sources=['Extest_wrap.c'])])

编译：

/usr/local/bin/python ./setup.py build

从log看，执行的是下面的命令:

running build
running build_ext
building 'Extest' extension
creating build
creating build/temp.linux-x86_64-2.7
gcc -pthread -fno-strict-aliasing -g -O2 -DNDEBUG -g -fwrapv -O3 -Wall -Wstrict-prototypes -fPIC -I/usr/local/include/python2.7 -c Extest_wrap.c -o build/temp.linux-x86_64-2.7/Extest_wrap.o
gcc -pthread -shared build/temp.linux-x86_64-2.7/Extest_wrap.o -o build/lib.linux-x86_64-2.7/Extest.so

安装：

sudo /usr/local/bin/python ./setup.py install

从log看，Extest.so被安装到了/usr/local/lib/python2.7/site-packages下面

running install
running build
running build_ext
running install_lib
copying build/lib.linux-x86_64-2.7/Extest.so -> /usr/local/lib/python2.7/site-packages
running install_egg_info
Removing /usr/local/lib/python2.7/site-packages/Extest-0.0.0-py2.7.egg-info
Writing /usr/local/lib/python2.7/site-packages/Extest-0.0.0-py2.7.egg-info

完