Python - Tiên Tiến Thêm: Hướng Dẫn Cho Người Mới Bắt Đầu

Xin chào, các nhà lập trình Python đầy kỳ niệm! Hôm nay, chúng ta sẽ bắt đầu hành trình thú vị vào thế giới các phần mở rộng Python. Đừng lo nếu bạn mới bắt đầu học lập trình - tôi sẽ là người hướng dẫn bạn, giải thích mọi thứ từng bước. Hãy bắt đầu nhé!

Python - Further Extensions

Các Phần Mở Rộng Python Là Gì?

Trước khi bắt đầu, hãy hiểu rõ về các phần mở rộng Python. Hãy tưởng tượng Python như một cây cơ sở. Nó đã rất hữu ích, nhưng đôi khi bạn cần một công cụ không có sẵn. Đó là nơi các phần mở rộng xuất hiện - chúng giống như thêm các công cụ mới vào cây cơ sở Python của bạn.

Điều Kiện Tiên Đề Để Viết Các Phần Mở Rộng

Hiện tại, tôi biết bạn rất mong muốn bắt đầu, nhưng chúng ta cần thiết lập một số điều trước. Điều này như là chuẩn bị bếp trước khi nấu một bữa ăn đặc biệt. Dưới đây là những gì bạn sẽ cần:

Cài đặt Python trên máy tính của bạn
Một trình biên dịch C (như GCC trên Linux hoặc Visual Studio trên Windows)
Các tiêu đề và thư viện phát triển Python

Đừng lo nếu điều này có vẻ phức tạp. Hầu hết các cài đặt Python đi kèm với những gì bạn cần, và tôi sẽ hướng dẫn bạn qua các thiết lập bổ sung.

Nhìn Sơ Lược Về Một Phần Mở Rộng Python

Hãy bắt đầu với một ví dụ đơn giản. Tưởng tượng chúng ta muốn tạo một hàm cộng hai số, nhưng muốn nó rất nhanh. Chúng ta có thể viết điều này bằng C và sử dụng trong Python. Dưới đây là nó có thể trông như thế nào:

#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, "Cộng hai số."},
{NULL, NULL, 0, NULL}
};

static struct PyModuleDef mymodule = {
PyModuleDef_HEAD_INIT,
"mymodule",
"Một mô-đun đơn giản cộng số",
-1,
MyMethods
};

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

Đừng hoảng hốt nếu điều này trông như chữ bí ẩn bây giờ. Chúng ta sẽ phân tích nó từng phần.

Tệp Tiêu Đề Python.h

Dòng đầu tiên của mã của chúng ta là:

#include <Python.h>

Điều này như là nói với chương trình C của chúng ta, "Ôi, chúng ta sẽ làm việc với Python ở đây!" Nó bao gồm tất cả các định nghĩa và hàm cần thiết để tạo một phần mở rộng Python.

Các Hàm C

Tiếp theo, chúng ta có hàm C thực tế của mình:

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);
}

Hàm này nhận hai đối tượng Python làm đầu vào, trích xuất hai số nguyên khỏi chúng, cộng chúng lại và trả về kết quả dưới dạng đối tượng Python. Nó giống như một dịch vụ giữa C và Python.

Bảng Ánh Xạ Phương Thức

static PyMethodDef MyMethods[] = {
{"add", add_numbers, METH_VARARGS, "Cộng hai số."},
{NULL, NULL, 0, NULL}
};

Bảng này giống như một menu cho mô-đun Python của chúng ta. Nó nói với Python, "Đây là các hàm có sẵn trong mô-đun này." Trong trường hợp này, chúng ta cung cấp một hàm có tên là "add".

Hàm Khởi Tạo

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

Hàm này được gọi khi Python nhập mô-đun của chúng ta. Nó giống như lễ mở động của một cửa hàng mới - nó thiết lập mọi thứ và làm cho mô-đun của chúng ta sẵn sàng để sử dụng.

Xây Dựng và Cài Đặt Các Phần Mở Rộng

Bây giờ đã viết xong phần mở rộng của mình, chúng ta cần xây dựng nó. Quá trình này chuyển mã C của chúng ta thành một thứ mà Python có thể sử dụng. Nó giống như nấu bánh - chúng ta đã trộn các nguyên liệu, bây giờ cần đặt nó vào lò nướng.

Chúng ta thường sử dụng một tệp setup.py cho điều này:

from distutils.core import setup, Extension

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

setup(name = 'MyModule',
version = '1.0',
description = 'Đây là gói demo',
ext_modules = [module])

Để xây dựng phần mở rộng, bạn sẽ chạy:

python setup.py build

Nhập Các Phần Mở Rộng

Sau khi xây dựng, bạn có thể sử dụng mô-đun mới của bạn như bất kỳ mô-đun Python nào khác:

import mymodule

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

Có khó khăn phải không? Bạn vừa sử dụng một hàm C trong Python!

Truyền Tham Số Hàm

Hãy nói thêm về cách chúng ta truyền tham số từ Python sang C. Nhớ dòng này?

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

Hàm PyArg_ParseTuple

Hàm này là chìa khóa để hiểu cách truyền tham số. Nó giống như một công nhân hải quan, kiểm tra và xử lý mọi thứ đến từ Python vào hàm C của chúng ta.

Chuỗi "ii" trong hàm này nói với nó cần phải chờ đợi hai số nguyên. Nếu bạn muốn truyền một chuỗi và một số thực, bạn sẽ sử dụng "sf" thay vì. Dưới đây là bảng hướng dẫn các định dạng specifier:

Định Dạng Specifier	Python Type	C Type
i	int	int
l	long	long
f	float	float
d	float	double
s	str	char*
O	any object	PyObject*

Trả Về Giá Trị

Để có thể xử lý dữ liệu đầu vào một cách cẩn thận, chúng ta cần đóng gói giá trị trả về của mình một cách đúng.

Hàm Py_BuildValue

Hàm này giống như một lớp bọc quà tặng cho các giá trị C của chúng ta, làm cho chúng trở nên đẹp cho Python nhận. Đây là cách nó hoạt động:

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

Chuỗi "i" nói với Py_BuildValue để tạo một đối tượng số nguyên. Nếu bạn muốn trả về một chuỗi, bạn sẽ sử dụng "s" thay vì.

Và thế là xong! Bạn đã bước đầu tiên vào thế giới của các phần mở rộng Python. Nhớ rằng, luyện tập sẽ làm bạn hoàn hảo. Hãy thử viết các phần mở rộng đơn giản của riêng bạn, chơi với các loại dữ liệu khác nhau và nhất định là hãy vui vẻ!

Các phần mở rộng Python mở ra một thế giới mới với nhiều khả năng, cho phép bạn tối ưu hóa các phần quan trọng của mã hoặc giao diện với các thư viện C hiện có. Đó là một công cụ mạnh mẽ trong tùy chọn lập trình của bạn.

Chúc bạn lập trình vui vẻ, và đợi gặp lại bạn trong lần tiếp theo, hãy tiếp tục khám phá và học hỏi nhé!

Credits: Image by storyset

Hướng Dẫn Trước:

Python - Gửi email

Hướng Dẫn Tiếp Theo:

Python - Công cụ/Tiện ích