Python - Дальнейшие расширения: Руководство для начинающих

Привет, мечтающие программисты на Python! Сегодня мы отправляемся в захватывающее путешествие в мир расширений Python. Не волнуйтесь, если вы новичок в программировании - я стану вашим дружелюбным гидом, объясняя все шаг за шагом. Поехали!

Python - Further Extensions

Что такое расширения Python?

Прежде чем начать, давайте понимем, что такое расширения Python. Представьте Python как швейцарский армейский нож. Он уже довольно полезен, но иногда вам нужен инструмент, который там нет. И именно здесь приходят на помощь расширения - они как будто добавляют новые инструменты к вашему швейцарскому армейскому ножу Python.

Предварительные требования для написания расширений

Я знаю, вы с нетерпением ждете начала, но сначала нам нужно настроить несколько вещей. Это как подготовка кухни перед приготовлением изысканного ужина. Вот что вам понадобится:

Установленный Python на вашем компьютере
Компилятор C (например, GCC на Linux или Visual Studio на Windows)
Либрарии и заголовки для разработки Python

Не волнуйтесь, если это звучит сложно. Большинство установок Python приходят с необходимым, и я проведу вас через любую дополнительную настройку.

Первый взгляд на расширение Python

Начнем с простого примера. Представьте, что мы хотим создать функцию, которая добавляет два числа, но делает это супер-быстро. Мы можем написать это на C и использовать в Python. Вот как это может выглядеть:

#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, "Add two numbers."},
{NULL, NULL, 0, NULL}
};

static struct PyModuleDef mymodule = {
PyModuleDef_HEAD_INIT,
"mymodule",
"A simple module that adds numbers",
-1,
MyMethods
};

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

Не паникуйте, если это сейчас выглядит как алфавитный суп. Мы разберем это по частям.

Файл заголовков Python.h

Первая строка нашего кода:

#include <Python.h>

Это как если бы мы говорили нашей программе на C: "Эй, мы будем работать с Python здесь!" Она включает все необходимые определения и функции, которые нам нужны для создания расширения Python.

Функции C

Далее идет наша реальная функция C:

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);
}

Эта функция принимает два объекта Python в качестве ввода, извлекает из них два целых числа, добавляет их вместе и возвращает результат как объект Python. Это как переводчик между C и Python.

Таблица сопоставления методов

static PyMethodDef MyMethods[] = {
{"add", add_numbers, METH_VARARGS, "Add two numbers."},
{NULL, NULL, 0, NULL}
};

Эта таблица похожа на меню для нашего модуля Python. Она сообщает Python: "Вот функции, доступные в этом модуле." В нашем случае мы предлагаем одну функцию под названием "add".

Функция инициализации

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

Эта функция вызывается, когда Python импортирует наш модуль. Это как большое открытие нового магазина - она настраивает все и делает наш модуль готовым к использованию.

Компиляция и установка расширений

Теперь, когда мы написали наше расширение, нам нужно скомпилировать его. Этот процесс превращает наш код на C в что-то, что Python может использовать. Это как выпекать торт - мы смешали ингредиенты, а теперь нужно положить его в духовку.

Обычно для этого мы используем файл setup.py:

from distutils.core import setup, Extension

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

setup(name = 'MyModule',
version = '1.0',
description = 'This is a demo package',
ext_modules = [module])

Для компиляции расширения вы бы запустили:

python setup.py build

Импорт расширений

После компиляции вы можете использовать ваш новый модуль так же, как любой другой модуль Python:

import mymodule

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

Ни что себе! Вы только что использовали функцию C в Python!

Передача параметров функции

Давайте поговорим подробнее о том, как мы передаем параметры из Python в C. Помните эту строку?

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

Функция PyArg_ParseTuple

Эта функция - ключ к пониманию того, как передаются параметры. Она похожа на таможенника, проверяющего и обрабатывающего все, что приходит в нашу функцию из Python.

Строка "ii" в функции указывает ей ожидать два целых числа. Если бы вы хотели передать строку и число с плавающей точкой, вы бы использовали "sf" вместо этого. Вот полезная таблица спецификаторов формата:

Спецификатор формата	Тип Python	Тип C
i	int	int
l	long	long
f	float	float
d	float	double
s	str	char*
O	любой объект	PyObject*

Возврат значений

Так же, как мы внимательно обрабатываем входные данные, нам нужно аккуратно упаковать наши возвращаемые значения.

Функция Py_BuildValue

Эта функция - как упаковщик для наших значений C, делающий их красивыми для получения Python. Вот как она работает:

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

Строка "i" указывает Py_BuildValue создать объект целого числа. Если бы мы хотели вернуть строку, мы бы использовали "s" вместо этого.

И вот и все! Вы только что сделали свои первые шаги в мир расширений Python. Помните, практика совершенства. Попробуйте написать свои простые расширения, играйтесь с различными типами данных и, что самое важное, наслаждайтесь процессом!

Расширения Python открывают перед вами новый мир возможностей, позволяя оптимизировать критические части вашего кода или интерфейсировать с существующими библиотеками C. Это мощное инструмент в вашем арсенале программирования.

Счастливого кодирования, и до следующего раза, продолжайте исследовать и учиться!

Credits: Image by storyset

Предыдущий учебник:

Python - Отправка электронной почты

Следующий учебник:

Python - Инструменты/Утилиты