目录
- 1 为什么需要多语言联合编程？
- 2 Python调用C++的主要方式
- 2.1 SWIG
- 2.2 Boost::Python
- 2.3 ctypes
- 3 Boost::Python安装
- 4 测试实例：python继承C++接口
- 5 常见问题
- 6 参考文档
1 为什么需要多语言联合编程？
在大型工程项目中，经常会遇到多语言联合编程的情况，举个例子：
在一个远端控制系统中，前端Web使用html+css+js；后端采用python-flask作为服务端，底层控制采用C/C++
这是因为不同编程语言有各自的适用场景和语法特性，联合编程可使得各种语言发挥自己的特长。本文主要比较Python和C++，先列举各自特点如下：
| 对比项目 | C++ | Python |
|---|---|---|
| 本质 | 编译型语言 | 解释型语言 |
| 编程难度 | 难以掌握 | 易于上手 |
| 语法特性 | 静态 | 动态 |
| 垃圾回收 | 不支持 | 支持 |
| 安装 | 易 | 难(需要专门打包) |
| 数据类型 | 在编译时由关键字确定 | 在运行时由数值确定 |
| 函数 | 输入参数和返回值类型有限制 | 输入参数和返回值类型无限制 |
| 执行速度 | 快 | 慢 |
| 性能 | 高 | 低 |
国外有一个测试指出在相同复杂度算法中，C++约比Python快50倍左右。因此Python不适合用于底层算法的开发，应用在上层应用中作粘合剂或进行智能领域的研究比较占优；C/C++则适合用于底层控制算法编程。下面主要介绍Python调用C++，让C++和Python形成优势互补。
2 Python调用C++的主要方式
主要介绍三种C++/Python联合编程的方式：
2.1 SWIG
- 支持Python、Java、Ruby等语言调用C接口
- 文档全面，易于学习
- 绑定性能欠佳， 不支持属性和内部类封装
- C++支持不好
2.2 Boost::Python
- 支持Python2与Python3调用C++接口
- 大量使用C++ templates，明显提高编译时间
- 非常可靠、稳定、经过充分测试
- 语法较复杂，且文档不详细
本文采用Boost::Python进行C++/Python联合编程。
2.3 ctypes
- 灵活，完全兼容C语言
- 使用较繁琐且不支持C++特性
3 Boost::Python安装
打开参考中的官方下载地址，根据不同的操作系统平台下载boost，UNIX和Windows的安装流程差不多，下面以Windows系统为例说明安装过程。
按下面步骤安装编译Boost::Python
- 下载最新的
boost_1_79_0.zip并解压到本地目录 - 运行
bootstrap.bat在目录下产生b2.exe可执行文件 - 进入根目录新建
user-config.jam用户配置文件，存放本地C++/Python信息
其中using msvc : 14.2;using python : 3.7.5 : "D:/Anaconda/Anaconda/envs/test/python.exe" : "D:/Anaconda/Anaconda/envs/test/include" : "D:/Anaconda/Anaconda/envs/test/libs";msvc是Visual Studio对应的msvc toolset版本，具体对应关系如下：
python则定义了本地使用的python解释器相关路径和库 - 命令行执行自动化安装：
其中一些关键参数解释如下：b2 --with-python install --prefix="D:/3rdLib/boost/boost_1_79_0/bin/lib64-msvc-14.2" toolset=msvc-14.2 link=static address-model=64 --user-config=user-config.jamwith-|without-：前者后接要编译的Boost库名，如本文中只需编译Boost下的Python库；后者即为编译除之外的所有库，缺省则为全部编译stage|install：前者表示只生成库文件(.dll与.lib)，后者会额外生成include目录包含库文件对应的头文件，推荐使用stage，因为安装完成后根目录下的boost与include目录文件完全一致，可直接作为头文件使用，节省编译时间stagedir|prefix：表示编译生成文件的路径，前者对应stage安装模式，后者对应install安装模式。建议在根目录下新建bin目录管理生成的库文件# VS2019编译的x86库文件bin/lib32-msvc-14.2 # VS2019编译的x64库文件bin/lib64-msvc-14.2toolset：表示编译器，可选gcc、msvc-14.2(VS2019)等link：指定生成动态链接库shared还是静态链接库static，推荐使用静态库方式编译，这样发布程序时无需连带发布Boost的.dll文件，本文采用静态编译。
address-model：指定编译版本，可选32|64，该参数必须和本地安装的Python位数相对应，否则会编译出错user-config：使用的本地用户配置文件路径
补充一下编译库文件的命名格式：
libboost_python37-vc142-mt-gd-x64-1_79| || | | | | | || ||| | | | | - --- ------ --- -- - - - -- 1 2 3 4 5 6 7 8 9- 静态库以
lib开头，动态库没有lib前缀 boost::python库名称和版本- 编译器名称及版本
mt代表threading=multi，没有则代表threading=singles代表runtime-link=static，没有则代表runtime-link=sharedgd代表debug版本，没有则代表release版本x32代表32 位程序，x64代表64 位- Boost库版本，
1_79代表Boost 1.79版本。
4 测试实例：python继承C++接口
新建工程文件夹，包含三个文件helloworld.cpp、helloworld.py与CMakeLists.txt
在helloworld.cpp中编写：
// 因为采用静态编译boost库，因此必须定义此宏，否则编译出错#define BOOST_PYTHON_STATIC_LIB#include<boost/python.hpp>#include<boost/python/wrapper.hpp>#include<string>#include<iostream>using namespace boost::python;using namespace std;struct base{ virtual ~base() {} virtual int f() { return 0; };};struct baseWrap : base, wrapper<base>{ int f() { if (override f = this->get_override("f")) return f(); //如果函数进行重载了，则返回重载 return base::f(); //否则返回基类 } int default_f() { return this->base::f(); }};BOOST_PYTHON_MODULE(hello){ class_<baseWrap, boost::noncopyable>("base") .def("f", &base::f, &baseWrap::default_f);}在CMakeLists.txt中编写编译规则
project(Boost_Test)cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)if(MSVC) # set(Boost_USE_STATIC_LIBS ON) set(Boost_DIR D:/3rdLib/boost/boost_1_79_0/stage/lib/cmake/Boost-1.79.0) set(PYTHON_INCLUDE_DIRS D:/Anaconda/Anaconda/envs/test/include) set(PYTHON_LIBRARIES D:/Anaconda/Anaconda/envs/test/libs/python37.lib) find_package(Boost 1.79.0 ConFIG COMPonENTS python REQUIRED) include_directories(${Boost_INCLUDE_DIR} ${PYTHON_INCLUDE_DIRS})endif(MSVC)set(MODULE_NAME hello)add_library(${MODULE_NAME} SHARED helloword.cpp )if (UNIX) set_target_properties(${MODULE_NAME} PROPERTIES PREFIX "" )elseif (WIN32) set_target_properties(${MODULE_NAME} PROPERTIES SUFFIX ".pyd" )endif()target_link_libraries(${MODULE_NAME} ${Boost_LIBRARIES} ${PYTHON_LIBRARIES})在工程目录下执行以下命令行：
mkdir buildcd buildcmake ..make即可编译出hello.pyd二进制文件，将该文件置于工程目录下(与helloworld.py在同一个目录)，在helloworld.py中导入接口，测试多态：
import hello base = hello.base()# 定义派生类，继承C++类class Derived(hello.base): def f(self): return 42derived = Derived()print( base.f())print (derived.f())输出以下内容，证明实验成功
>>> 0>>> 425 常见问题
-
#include <boostpython.hpp>无法打开源文件'pyconfig.h'解决方案：首先确保当前虚拟环境下有
pyconfig，否则需要pip install。接着对于vscode，在c_cpp_properties.json中添加python的include目录 -
error LNK2019: 无法解析的外部符号 "__declspec(dllimport) class boost::python::xxx解决方案：库链接出错，对于静态编译的Boost::python库需要在C++文件中声明静态编译宏
#define BOOST_PYTHON_STATIC_LIB
6 参考文档
- Boost::Python官方文档
- Boost::Python下载官网
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