Python 常被称为是胶水语言，主要原因就是其对于系统命令、各种语言的代码和程序都具有良好的调用能力。这里列举了一些在 Windows 系统中，常见的接口与调用。在 Linux 中，实现起来都非常简单直接，符合直觉。在 Windows 中，程序、代码、动态链接库的调用相对比较复杂，因此 Python 的这种能力也格外地有用。
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示例
这里举一个在开源软件中实际应用的例子，是 matplotlib 中 imread 函数调用 pillow 图像读取代码的实例。
试着引入一个包来读图像，不成功就返回空。
def pilread(fname):
"""try to load the image with PIL or return None"""
try:
from PIL import Image
except ImportError:
return None
with Image.open(fname) as image:
return pil_to_array(image)
参见 GitHub 源码。
邪恶的小技巧
引入一个包，再删除（matplotlib）
# Get the version from the _version.py versioneer file. For a git checkout,
# this is computed based on the number of commits since the last tag.
from ._version import get_versions
__version__ = str(get_versions()['version'])
del get_versions
参见 GitHub 源码。
手动版本检验，出错手动报错（matplotlib）
_python27 = (sys.version_info.major == 2 and sys.version_info.minor >= 7)
_python34 = (sys.version_info.major == 3 and sys.version_info.minor >= 4)
if not (_python27 or _python34):
raise ImportError("Matplotlib requires Python 2.7 or 3.4 or later")
参见 GitHub 源码。
用 Python 调用 exe
话说有这么一个程序 cos_exe 可以求一个角度的余弦。你想调用这个程序，怎么做？
可以使用 subprosess 包（无需安装）。
文档参见：17.5. subprocess - Subprocess management - Python 3.5.4 documentation
# test_cos_exe.py
import subprocess
import unittest
class TestCosExe(unittest.TestCase):
"""docstring for TestCosExe"""
def test_result(self):
subprocess.check_output([
'..\..\tcc.exe',
str('cos_exe.c')])
result = subprocess.check_output([
str('cos_exe.exe'),
str('45')])
self.assertEqual(result, b'0.70711')
if __name__ == '__main__':
unittest.main()
// cos_exe.c
#include
#include
inline float to_radians(float radians) {
return radians * (M_PI / 180.0);
}
int main(int argc, char const *argv[]) {
float angle;
if (argc == 2) {
/* code */
sscanf(argv[1], "%f", &angle);
}
else {
printf("Wrong argument. Should be: "%s 45"", argv[0]);
scanf("%f", &angle);
printf("%0.5f", cos(to_radians(angle)));
sleep(2000);
return -1;
}
printf("%0.5f", cos(to_radians(angle)));
return 0;
}
subprocess 可以调用一个 exe 程序，然后把标准输出和错误输出都接收回来，以字符串变量的形式存储下来。
如果程序复杂，也可以保存成文件，然后读取文件中的数据。也可以直接存成图像、声音等多媒体文件。但要注意这种使用方式会给程序带来很多额外的依赖关系，对程序的稳定性与健壮性损害较大。
示例
同样也举一个 matplotlib 中的例子。matplotlib 中对于 latex 的支持就是通过系统调用实现的。
在查看到当前目录下不存在同名 dvi 文件后，matplotlib 调用系统中的 latex 编译 tex 源文件。如果调用中出现错误，则代理输出。
if (DEBUG or not os.path.exists(dvifile) or
not os.path.exists(baselinefile)):
texfile = self.make_tex_preview(tex, fontsize)
command = [str("latex"), "-interaction=nonstopmode",
os.path.basename(texfile)]
_log.debug(command)
try:
report = subprocess.check_output(command,
cwd=self.texcache,
stderr=subprocess.STDOUT)
except subprocess.CalledProcessError as exc:
raise RuntimeError(
('LaTeX was not able to process the following '
'string:%s'
'Here is the full report generated by LaTeX:%s '
'' % (repr(tex.encode('unicode_escape')),
exc.output.decode("utf-8"))))
_log.debug(report)
参见 GitHub 源码。
用 Python 调用 dll
Python 调用简单的 C 语言编译的 DLL，怎么做？
可以简单地使用 ctypes 包（无需安装）。
import ctypes
user32 = ctypes.windll.LoadLibrary('user32.dll') # load dll
assert(user32.MessageBoxA(0, b'Ctypes is cool!', b'Ctypes', 0))
# call message box function
（示例代码来源久远，已不可考，首次使用在该文中：Some Notes on Python and PyGame）
相当简单直接。其实只需要用 dependency walker 找到 dll 文件中的函数名，就可以使用 ctypes 包直接调用。（http://dependencywalker.com/）
这里其实揭示了 dll 文件的本质，就是一组二进制代码，函数名就是代码的入口定位符号。
用 ctypes 调用 dll 需要查看 dll 本身的手册，以便了解相关函数的功能和参数。ctypes 本身只是一层接口，不提供相关功能。
示例
OpenCV 里面，使用 ctypes 调用系统调用，来获得当前进程的 exe 文件名和起始地址。
def getRunningProcessExePathByName_win32(name):
from ctypes import windll, POINTER, pointer, Structure, sizeof
from ctypes import c_long , c_int , c_uint , c_char , c_ubyte , c_char_p , c_void_p
class PROCESSENTRY32(Structure):
_fields_ = [ ( 'dwSize' , c_uint ) ,
( 'cntUsage' , c_uint) ,
( 'th32ProcessID' , c_uint) ,
( 'th32DefaultHeapID' , c_uint) ,
( 'th32ModuleID' , c_uint) ,
( 'cntThreads' , c_uint) ,
( 'th32ParentProcessID' , c_uint) ,
( 'pcPriClassBase' , c_long) ,
( 'dwFlags' , c_uint) ,
( 'szExeFile' , c_char * 260 ) ,
( 'th32MemoryBase' , c_long) ,
( 'th32AccessKey' , c_long ) ]
class MODULEENTRY32(Structure):
_fields_ = [ ( 'dwSize' , c_long ) ,
( 'th32ModuleID' , c_long ),
( 'th32ProcessID' , c_long ),
( 'GlblcntUsage' , c_long ),
( 'ProccntUsage' , c_long ) ,
( 'modBaseAddr' , c_long ) ,
( 'modBaseSize' , c_long ) ,
( 'hModule' , c_void_p ) ,
( 'szModule' , c_char * 256 ),
( 'szExePath' , c_char * 260 ) ]
TH32CS_SNAPPROCESS = 2
TH32CS_SNAPMODULE = 0x00000008
## CreateToolhelp32Snapshot
CreateToolhelp32Snapshot= windll.kernel32.CreateToolhelp32Snapshot
CreateToolhelp32Snapshot.reltype = c_long
CreateToolhelp32Snapshot.argtypes = [ c_int , c_int ]
## Process32First
Process32First = windll.kernel32.Process32First
Process32First.argtypes = [ c_void_p , POINTER( PROCESSENTRY32 ) ]
Process32First.rettype = c_int
## Process32Next
Process32Next = windll.kernel32.Process32Next
Process32Next.argtypes = [ c_void_p , POINTER(PROCESSENTRY32) ]
Process32Next.rettype = c_int
## CloseHandle
CloseHandle = windll.kernel32.CloseHandle
CloseHandle.argtypes = [ c_void_p ]
CloseHandle.rettype = c_int
## Module32First
Module32First = windll.kernel32.Module32First
Module32First.argtypes = [ c_void_p , POINTER(MODULEENTRY32) ]
Module32First.rettype = c_int
hProcessSnap = c_void_p(0)
hProcessSnap = CreateToolhelp32Snapshot( TH32CS_SNAPPROCESS , 0 )
pe32 = PROCESSENTRY32()
pe32.dwSize = sizeof( PROCESSENTRY32 )
ret = Process32First( hProcessSnap , pointer( pe32 ) )
path = None
while ret :
if name + ".exe" == pe32.szExeFile:
hModuleSnap = c_void_p(0)
me32 = MODULEENTRY32()
me32.dwSize = sizeof( MODULEENTRY32 )
hModuleSnap = CreateToolhelp32Snapshot( TH32CS_SNAPMODULE, pe32.th32ProcessID )
ret = Module32First( hModuleSnap, pointer(me32) )
path = me32.szExePath
CloseHandle( hModuleSnap )
if path:
break
ret = Process32Next( hProcessSnap, pointer(pe32) )
CloseHandle( hProcessSnap )
return path
参见 GitHub 源码。
用 Python 调用 C/C++ 代码
推荐使用 Cython 生成并调用 pyd。
其实 Python 基本实现就是 C 写的。`#include <Python.h>` 之后，其实就可以直接写 Python 的扩展了。例如 OpenCV 就是这么实现的，参见 GitHub 源码。但这需要对 Python 内部底层模型比较详细的了解，相对比较麻烦，工程量也比较大。而 Cython 的打包方式，相对简单直接得多。
cos_pyd.pyx
# distutils: language = c
# distutils: sources =
# distutils: include_dirs =
# distutils: extra_compile_args =
# distutils: extra_link_args =
# distutils: libraries =
cdef extern from 'math.h':
double M_PI
cdef extern from 'cos_exe.c':
int cos_c(double alpha, double * cos_of_alpha)
def cos_pyd(double alpha):
cdef double cos_of_alpha
cos_c(alpha, &cos_of_alpha)
return cos_of_alpha
pyx 是整个调用工程的组织文件，其中面向 distutils 声明了整个项目的组织参数。包含了所需的头文件与源代码文件。更是写清了对于 Python 这个 Python 包的组织。
// source.c
#include
int cos_c(double alpha, double * cos_of_alpha){
double cos_of_alpha = 0;
cos_of_alpha = cos(alpha);
return 0;
}
这个 source.c 是示例的一部分，简单写清了输入输出，完成一个简单的功能。也可以拓展为多输入、多输出。
# cos_build_and_app.py
from distutils.core import setup
from Cython.Build import cythonize
setup(ext_modules=cythonize('cos_pyd.pyx'),
script_args='build_ext -i -t .'.split(' '))
import cos_pyd as c
if __name__ == '__main__':
result = c.cos_pyd(45)
print('The cos of 45 is {0:.5f}.'.format(result))
这个 py 文件，实现了 pyd 工程的编译和调用两个步骤。
在 import 语句以前的上半部分，完成了一个 pyd 包的编译过程。编译后要保存好 pyd 文件，以后在使用的时候，需要把 pyd 放在 python 路径下。
从 import 语句开始，就是一个典型 python 包的使用方法了。通过使用 pyd 就可以直接实现各种功能。
也可以将 pyd 当作一种打包方式，打包发布供二次开发的代码。
复杂工程的调用
再复杂的工程，其实都可以用 C/C++ 封装起来，做成一个工程，然后用 Cython 编译成 pyd，都可以做成 python 包，被调用。简单的，其实可以直接用 C 打包，用 ctypes 调用。稍复杂的，再用 Cython。
用 Python 调用 Java 代码
简单的，可以使用 Jpype 包。
安装：conda install -c conda-forge jpype1
考虑到网络问题，可以从这里下载 whl：Unofficial Windows Binaries for Python Extension Packages，然后使用 pip install *.whl 安装。
使用
from jpype import *
startJVM("C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_144/jre/bin/server/jvm.dll", "-ea")
# Java code here
# Create a java.lang.String object
javaPackage = JPackage("java.lang")
javaClass = javaPackage.String
javaObject = javaClass("Hello, Jpype")
# print the object
java.lang.System.out.println(javaObject)
# call String.length() and Integer.toString() methods
java.lang.System.out.println("This string's length: " +
javaPackage.Integer.toString(javaObject.length()))
shutdownJVM()
（示例代码来源于：https://www.quora.com/Can-we-write-C-and-Java-in-Python，有修改）
从调用方式中可以看出，其实也是调用 jvm 的 dll。
复杂的，可以尝试使用 pyjnius。
用 Python 调用 MATLAB 代码
有原生工具，但本质上就是调用 matlab engine 的 dll。
安装
cd "matlabrootexternenginespython"
python setup.py install
调用
import matlab.engine
eng = matlab.engine.start_matlab()
tf = eng.isprime(37)
print(tf)
# True
具体请参考文档。
用 Python 调用 R 代码
跟调用 exe 一样，只不过这个 exe 是 Rscript。
# run_max.py
import subprocess
# 声明要调用的命令和参数
command = 'Rscript'
path2script = 'path/to your script/max.R'
# 把参数（这里是数据）放在一个列表里
args = [str(11), str(3), str(9), str(42)]
# 生成要执行的命令
cmd = [command, path2script] + args
# check_output 执行命令，保存结果
return_str = subprocess.check_output(cmd, universal_newlines=True)
print('The maximum of the numbers is:', return_str)
（示例代码来源于：https://www.mango-solutions.com/blog/integrating-python-and-r-part-ii-executing-r-from-python-and-vice-versa，有修改）
总结
Python 的开发，是以 C/C++ 为基础的，所以针对 C/C++ 的调用最为方便。其它程序、动态链接库、代码的调用，都可以通过 EXE、DLL、C/C++ 三种渠道之一实现。Python 还是比较适合粘合各种程序与代码的。
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