一、C語言運行pyfun的PyObject對象

思路是在C語言中提供實參，傳給python函數：

• 獲取py函數對象(PyObject)，函數參數(C類型)
• 獲取GIL(PyGILState_Ensure)
• 確保fun對象可調用
• 參數轉換為python對應類型(Py_BuildValue)
• 調用python函數(PyObject_Call)
• 確定調用無異常
• 檢查返回值
• 釋放GIL(PyGILState_Release)
• 異常處理

#include "Python.h"

/* Execute func(x,y) in the Python interpreter.  The
   arguments and return result of the function must
   be Python floats */

double call_func(PyObject *func, double x, double y) {
  PyObject *args;
  PyObject *kwargs;
  PyObject *result = 0;
  double retval;

  /* Make sure we own the GIL */
  PyGILState_STATE state = PyGILState_Ensure();

  /* Verify that func is a proper callable */
  /* 你必須先有一個表示你將要調用的Python可調用對象。 這可以是一個函數、
     類、方法、內置方法或其他任意實現了 __call__() 操作的東西。 為了確
     保是可調用的，可以像下面的代碼這樣利用 PyCallable_Check() 做檢查 */
  if (!PyCallable_Check(func)) {
    fprintf(stderr,"call_func: expected a callable\n");
    goto fail;
  }
  /* Build arguments */
  /* 使用 Py_BuildValue()構建參數元組或字典 */
  args = Py_BuildValue("(dd)", x, y);
  kwargs = NULL;

  /* Call the function */
  /* 使用 PyObject_Call()，傳一個可調用對象給它、一個參數元組
     和一個可選的關鍵字字典。
     如果沒有關鍵字參數，傳遞NULL */
  result = PyObject_Call(func, args, kwargs);
  /* 需要確保使用了 Py_DECREF() 或者 Py_XDECREF() 清理參數。 
     第二個函數相對安全點，因為它允許傳遞NULL指針（直接忽略它）， 
     這也是為什麽我們使用它來清理可選的關鍵字參數。 */
  Py_DECREF(args);
  Py_XDECREF(kwargs);

  /* Check for Python exceptions (if any) */
  /* 調用萬Python函數之後，用PyErr_Occurred() 函數檢查是否
     有異常發生 */
  if (PyErr_Occurred()) {
    PyErr_Print();
    goto fail;
  }

  /* Verify the result is a float object */
  if (!PyFloat_Check(result)) {
    fprintf(stderr,"call_func: callable didn‘t return a float\n");
    goto fail;
  }

  /* Create the return value */
  retval = PyFloat_AsDouble(result);
  Py_DECREF(result);

  /* Restore previous GIL state and return */
  PyGILState_Release(state);
  return retval;

fail:
  Py_XDECREF(result);
  PyGILState_Release(state);
  abort();   // Change to something more appropriate
}

要註意的是每一個 PyGILState_Ensure() 調用必須跟著一個匹配的 PyGILState_Release() 調用——即便有錯誤發生。 在這裏，我們使用一個 goto 語句看上去是個可怕的設計， 但是實際上我們使用它來講控制權轉移給一個普通的exit塊來執行相應的操作。 在 fail: 標簽後面的代碼和Python的 fianl: 塊的用途是一樣的。

二、使用模塊名和方法名獲取pyfun的PyObject對象

• 獲取模塊名字符串，方法名字符串
• 模塊名轉化為python的字符串類型(PyUnicode_FromString)
• 模擬python的import行為(PyImport_Import)，這是因為我們想經由python的邏輯獲取函數
• 由python的module獲取方法(PyObject_GetAttrString)，這個API獲取方法使用的是C字符串
• 返回方法，時python的對象類型

/* Load a symbol from a module */
PyObject *import_name(const char *modname, const char *symbol) {
  PyObject *u_name, *module;
  u_name = PyUnicode_FromString(modname);
  module = PyImport_Import(u_name);
  Py_DECREF(u_name);
  return PyObject_GetAttrString(module, symbol);
}

三、C模擬Python運行

• 初始化python環境(Py_Initialize)
• 導入模塊獲取方法(見本文第二部分)為PyObject
• 調用方法PyObject(見本文第一部分)
• 結束python環境(Py_Finalize)

/* Simple embedding example */
int main() {
  PyObject *pow_func;
  double x;

  Py_Initialize();
  /* Get a reference to the math.pow function */
  pow_func = import_name("math","pow");

  /* Call it using our call_func() code */
  for (x = 0.0; x < 10.0; x += 0.1) {
    printf("%0.2f %0.2f\n", x, call_func(pow_func,x,2.0));
  }
  /* Done */
  Py_DECREF(pow_func);
  Py_Finalize();
  return 0;
}

編譯運行，

gcc -g embed.c -I/home/hellcat/anaconda3/include/python3.6m           -L/home/hellcat/anaconda3/lib/python3.6/config-3.6m-x86_64-linux-gnu -lpython3.6m

四、將可調用PyObject用C重新封裝調用

這是個意義不大功能，只是展示C API中PyObject本質運行邏輯——PyObject可以代指任何Python中的對象，這裏是它接收函數的例子：

/* Extension function for testing the C-Python callback */
static PyObject *py_call_func(PyObject *self, PyObject *args) {
  PyObject *func;

  double x, y, result;
  if (!PyArg_ParseTuple(args,"Odd", &func,&x,&y)) {
    return NULL;
  }
  result = call_func(func, x, y);
  return Py_BuildValue("d", result);
}

把它寫到前一節中的pysample.c中，有如下效果

>>> import sample
>>> def add(x,y):
...     return x+y
...
>>> sample.call_func(add,3,4)
7.0
>>>

『Python CoolBook』C擴展庫_其六_從C語言中調用Python代碼