Python - Weitere Erweiterungen: Ein Anfänger-Leitfaden

Hallo, aufstrebende Python-Programmierer! Heute werden wir auf eine aufregende Reise in die Welt der Python-Erweiterungen aufbrechen. Keine Sorge, wenn du neu bei der Programmierung bist - ich werde dein freundlicher Guide sein und alles Schritt für Schritt erklären. Also, lasst uns einsteigen!

Was sind Python-Erweiterungen?

Bevor wir beginnen, lassen Sie uns verstehen, was Python-Erweiterungen sind. Stell dir Python als ein Schweizer Army Messer vor. Es ist bereits ziemlich nützlich, aber manchmal brauchst du ein Werkzeug, das nicht da ist. Dort kommen die Erweiterungen ins Spiel - es ist, als ob du neue Werkzeuge zu deinem Python-Schweizer Army Messer hinzufügst.

Voraussetzungen für das Schreiben von Erweiterungen

Ich weiß, du bist eifrig, zu beginnen, aber es gibt ein paar Dinge, die wir først einrichten müssen. Es ist wie das Vorbereiten deiner Küche, bevor du ein gourmantes Essen zubereitest. Hier ist, was du brauchst:

1. Python auf deinem Computer installiert
2. Ein C-Compiler (wie GCC unter Linux oder Visual Studio unter Windows)
3. Python-Entwicklungsumgebungen und Bibliotheken

Keine Sorge, wenn das kompliziert klingt. Die meisten Python-Installationen kommen mit dem, was du brauchst, und ich werde dich durch die zusätzliche Einrichtung führen.

Erster Blick auf eine Python-Erweiterung

Lassen Sie uns mit einem einfachen Beispiel beginnen. Stell dir vor, wir möchten eine Funktion erstellen, die zwei Zahlen addiert, aber sie soll super-schnell sein. Wir können dies in C schreiben und in Python verwenden. So könnte es aussehen:

#include <Python.h>

static PyObject* add_numbers(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_numbers, METH_VARARGS, "Zwei Zahlen addieren."},
{NULL, NULL, 0, NULL}
};

static struct PyModuleDef mymodule = {
PyModuleDef_HEAD_INIT,
"mymodule",
"Ein einfaches Modul, das Zahlen addiert",
-1,
MyMethods
};

PyMODINIT_FUNC PyInit_mymodule(void) {
return PyModule_Create(&mymodule);
}

Keine Panik, wenn das jetzt wie Alphabet-Suppe aussieht. Wir werden es Stück für Stück auseinandernehmen.

Die Header-Datei Python.h

Die erste Zeile unseres Codes ist:

#include <Python.h>

Das ist, als würde unser C-Programm sagen: "Hey, wir werden hier mit Python arbeiten!" Es enthält alle notwendigen Definitionen und Funktionen, die wir benötigen, um eine Python-Erweiterung zu erstellen.

Die C-Funktionen

Als nächstes haben wir unsere eigentliche C-Funktion:

static PyObject* add_numbers(PyObject* self, PyObject* args) {
int a, b;
if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &a, &b)) {
return NULL;
}
return Py_BuildValue("i", a + b);
}

Diese Funktion nimmt zwei Python-Objekte als Eingabe, extrahiert zwei Ganzzahlen daraus, addiert sie und gibt das Ergebnis als Python-Objekt zurück. Es ist wie ein Übersetzer zwischen C und Python.

Die Methoden-Zuordnungs-Tabelle

static PyMethodDef MyMethods[] = {
{"add", add_numbers, METH_VARARGS, "Zwei Zahlen addieren."},
{NULL, NULL, 0, NULL}
};

Diese Tabelle ist wie eine Speisekarte für unser Python-Modul. Sie sagt Python: "Hier sind die Funktionen, die in diesem Modul verfügbar sind." In diesem Fall bieten wir eine Funktion namens "add" an.

Die Initialisierungsfunktion

PyMODINIT_FUNC PyInit_mymodule(void) {
return PyModule_Create(&mymodule);
}

Diese Funktion wird aufgerufen, wenn Python unser Modul importiert. Es ist wie die feierliche Eröffnung eines neuen Geschäfts - es richtet alles ein und macht unser Modul bereit zur Verwendung.

Erstellen und Installieren von Erweiterungen

Nun, da wir unsere Erweiterung geschrieben haben, müssen wir sie erstellen. Dieser Prozess verwandelt unseren C-Code in etwas, das Python verwenden kann. Es ist wie backen eines Kuchens - wir haben die Zutaten gemischt, jetzt müssen wir ihn in den Ofen legen.

Wir verwenden typischerweise eine setup.py-Datei dafür:

from distutils.core import setup, Extension

module = Extension('mymodule', sources = ['mymodule.c'])

setup(name = 'MyModule',
version = '1.0',
description = 'Dies ist ein Demo-Paket',
ext_modules = [module])

Um die Erweiterung zu erstellen, würdest du ausführen:

python setup.py build

Erweiterungen importieren

Sobald erstellt, kannst du dein neues Modul wie jedes andere Python-Modul verwenden:

import mymodule

result = mymodule.add(5, 3)
print(result)  # Ausgabe: 8

Ist das nicht cool? Du hast gerade eine C-Funktion in Python verwendet!

Übergabe von Funktionenparametern

Lassen Sie uns mehr darüber sprechen, wie wir Parameter von Python zu C übergeben. Erinnere dich an diese Zeile?

if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &a, &b))

Die PyArg_ParseTuple-Funktion

Diese Funktion ist der Schlüssel zum Verständnis, wie Parameter übergeben werden. Sie ist wie ein Zollbeamter, der alles überprüft und verarbeitet, was aus Python in unsere C-Funktion kommt.

Das "ii" in der Funktion bedeutet, dass zwei Ganzzahlen erwartet werden. Wenn du eine Zeichenkette und einen Gleitkommawert übergeben möchtest, würdest du stattdessen "sf" verwenden. Hier ist eine praktische Tabelle der Formatbezeichner:

Formatbezeichner	Python-Typ	C-Typ
i	int	int
l	long	long
f	float	float
d	float	double
s	str	char*
O	any object	PyObject*

Rückgabe von Werten

Genau so sorgfältig, wie wir eingehende Daten verarbeiten müssen, müssen wir auch unsere Rückgabewerte richtig verpacken.

Die Py_BuildValue-Funktion

Diese Funktion ist wie ein Geschenkverpacker für unsere C-Werte, der sie schön für Python macht. So funktioniert es:

return Py_BuildValue("i", a + b);

Das "i" sagt Py_BuildValue, ein Ganzzahl-Objekt zu erstellen. Wenn wir eine Zeichenkette zurückgeben wollten, würden wir stattdessen "s" verwenden.

Und da hast du es! Du hast gerade deine ersten Schritte in die Welt der Python-Erweiterungen gemacht. Denke daran, dass Praxis Makes Perfect. Versuche, deine eigenen einfachen Erweiterungen zu schreiben, spiele mit verschiedenen Datentypen und vor allem, hab Spaß!

Python-Erweiterungen öffnen eine ganz neue Welt der Möglichkeiten, ermöglichen es dir, kritische Teile deines Codes zu optimieren oder mit bestehenden C-Bibliotheken zu interfacen. Es ist ein leistungsfähiges Werkzeug in deinem Programmier-Toolkit.

Happy coding, und bis zum nächsten Mal, bleibe auf der Suche nach Exploration und Lernen!

Credits: Image by storyset