http://zfqcn.blog.163.com/blog/static/2280681200711111311923/
一、普通擴充方法
擴充Python包括三個步驟：
1. 建立源程式(C, C++, java, ...)；
2. 為源程式寫wrap代碼；
包括四個步驟：
? include "Python.h";
? 為每個子產品函數寫wrap，即：PyObject* Module_func()；
? 為每個子產品函數寫函數定義，即：PyMethodDef ModuleMethods[]對應表；
? 寫子產品的初始化函數：void initModule()部分。
3. 編譯連接配接；
有兩種方法：
(1)使用distutils包。步驟如下：
? 修改distutils包中的setup.py檔案；
? 根據需要運作$ python setup.py build或$ python setup.py install指令，生成擴充子產品的共享庫檔案。
(2)直接使用gcc指令将子產品編譯成共享庫。指令如下：
$ gcc -fpic -c -I/usr/include/python2.2 -I/usr/lib/python2.2/config foo.c wrap_foo.c
$ gcc -shared -o foo.so foo.o wrap_foo.o
這樣便生成了python可用的foo子產品。
4. 使用擴充内容
進入python環境，通過import foo，使用foo子產品中的函數。如用foo.func()調用foo子產品中的func()函數。
二、Python的C++擴充
通過C++擴充python也是可以的，隻不過有一些限制。如果主函數(Python解釋器)被C編譯器編譯和連接配接，那麼構造器中不能使用全局和靜态對
象。但如果使用C++編譯器則沒有這個問題。另外，将被Python解釋器調用的函數（特别是初始化函數），需要在函數體外使用extern "C"
聲明。同時要在Python頭檔案處使用extern "C" {...}聲明。
一個示例程式（wraper檔案）：
extern "C"
{
＃i nclude "Python.h"
}
PyObject *cppextest_print_logo(PyObject *self, PyObject *args)
{
char *string;
if (!PyArg_ParseTuple(args, "s", &string)) return NULL;
return Py_None;
}
static PyMethodDef
cppextestMethods[] = {
{"print_logo", cppextest_print_logo, METH_VARARGS},
{NULL, NULL},
};
extern "C"
void initcppextest(void)
{
Py_InitModule("cppextest", cppextestMethods);
}
三、使用工具進行擴充
雖然擴充過程并不複雜，但也可以使用許多已知的工具簡化擴充過程。
(1) SWIG
由David Beazley建立，是一個自動的擴充構造工具。它讀入注釋的C/C++頭檔案，為python、tcl、perl等多種腳本語言産生wrap代碼。SWIG可以包裝大量C++特性到Python的擴充子產品中。詳情可參考http://www.swig.org。
評價：swig簡單，可以支援多種腳本檔案，但支援的c++特性不完備。
(2) SIP
由Phil Thompson建立，是一個C++子產品構造器，專門為C++的類創造wrapper。它曾經被用于建立PyQt和PyKDE擴充子產品，是以比較出名。詳情可參考http://www.riverbankcomputing.co.uk/sip/。
評價：支援C++特征很齊全，但比較複雜。
(3) bgen
該工具被包含在标準Python釋出包中的子產品建構工具集裡，由Jack Jansen維護。它用于産生在Macintosh版本可用的Python擴充子產品。
(4) pyfort
由Paul dubois建立，用來産生Fortran語言生成的擴充子產品。詳見http://pyfortran.sourceforge.net。
(5) cxx
也由Paul Dubois建立，是一個庫，為Python的C++擴充提供了友好的API。Cxx允許将許多python對象（如list和tuple）使用到STL的運算中。庫也提供了C++異常處理到python異常處理的轉化。詳見http://cxx.sourceforge.net。
(6) WrapPy
由Greg Couch建立，通過讀入C++頭檔案來産生擴充子產品。詳見http://www.cgl.ucsf.edu/home/gregc/wrappy/index.html。
(7) Boost Python Library
由David Abrahams建立。該庫提供了更多與衆不同的C++ wrap到python擴充中，而隻需要對要擴充的C++類寫很少的附加資訊。詳見http://www.boost.org/libs/python/doc。
評價：Boost為C++提供了許多實用的庫，如Regex（正規表達式庫）、Graph（圖元件和算法）、concept
check（檢查泛型程式設計中的concept）、Thread（可移植的C++多線程庫）、Python（把C++類和函數映射到Python之中）、
Pool（記憶體池管理）等等。
Boost總體來說是實用價值很高，品質很高的庫。并且強調對跨平台的支援。但是Boost中也有很多是實驗性質的東西，在實際的開發中實用需要謹慎。
boost.python支援的c++特性較多，但是比較複雜。
四、擴充工具的使用
1. SWIG
SWIG可以完成多種腳本語言的C/C++擴充，包括python、tcl、perl、CHICKEN、php、XML等等許多。它通過構造接口函數和代理類來實作模拟。
1） 原理
(1) 接口函數
實作一系列接口函數來隐藏一個結構體的底層實作。例如對結構體：
struct Vector {
Vector();
~Vector();
double x,y,z;
};
将被轉換為以下的函數集合：
Vector *new_Vector();
void delete_Vector(Vector *v);
double Vector_x_get(Vector *v);
double Vector_y_get(Vector *v);
double Vector_y_get(Vector *v);
void Vector_x_set(Vector *v, double x);
void Vector_y_set(Vector *v, double y);
void Vector_z_set(Vector *v, double z);
于是，這些函數在解釋器中便可以如下使用：
% set v [new_Vector]
% Vector_x_set $v 3.5
% Vector_y_get $v
% delete_Vector $v
% ...
(2) 代理類
也叫做shadow類，是真實C++類的代理。使用代理類時，實際工作的有兩個對象——一個在腳本語言中，另一個是C/C++的底層對象。操作同時影響着兩個對象，但使用者看起來隻是一個。例如，如果你有如下C++定義：
class Vector {
public:
Vector();
~Vector();
double x,y,z;
};
使用了代理類機制後，将會用很透明的方式通路結構。例如在Python中，可直接如下通路：
>>> v = Vector()
>>> v.x = 3
>>> v.y = 4
>>> v.z = -13
>>> ...
>>> del v
2）支援特性與局限
SWIG目前支援以下的C++特性：
? 類
? 類的構造和析構
? 虛函數
? 公共繼承（包括多重繼承）
? 靜态函數
? 函數和方法重載
? 大多數标準運算符的重載
? 引用
? 模闆
? 函數指針
? 名字空間
雖然SWIG能夠解析大多數C/C++聲明，但不能提供完備的解析機制。限制包括一些非常複雜類型的聲明和C++的進階特性。下面是目前不被支援的一些特性：
? 一些非正常的類型聲明。例如，SWIG不支援以下一些聲明：
const int extern Number;
Matrix (foo); // A global variable
void bar(Spam (Grok)(Doh));
? 直接在C++源碼運作SWIG會有一些問題。雖然SWIG能夠解析C++類聲明，但是當它遇到本身不支援的聲明時，會自動跳過。
? 某些C++的進階特性目前不被支援。如：
? 友元
? 私有和保護成員
? 某些操作符的重載(如new、delete等)
3） 使用方法
使用SWIG工具來進行Python的C++擴充，包括以下幾個步驟：
? 編寫C++源代碼；
? 編寫字尾為.i或者.swg的腳本檔案，标記頭檔案和要擴充的類；
? 編譯連接配接生成共享庫；
? 使用擴充。
(1) 運作SWIG
安裝SWIG成功後，使用以下格式的指令運作：
$ swig [ options ] filename
選項包括：
-chicken Generate CHICKEN wrappers
-csharp Generate C# wrappers
-guile Generate Guile wrappers
-java Generate Java wrappers
-mzscheme Generate Mzscheme wrappers
-ocaml Generate Ocaml wrappers
-perl Generate Perl wrappers
-php Generate PHP wrappers
-pike Generate Pike wrappers
-python Generate Python wrappers
-ruby Generate Ruby wrappers
-sexp Generate Lisp S-Expressions wrappers
-tcl Generate Tcl wrappers
-xml Generate XML wrappers
-c++ Enable C++ parsing
-Dsymbol Define a preprocessor symbol
-Fstandard Display error/warning messages in commonly used format
-Fmicrosoft Display error/warning messages in Microsoft format
-help Display all options
-Idir Add a directory to the file include path
-lfile Include a SWIG library file.
-module name Set the name of the SWIG module
-o outfile Name of output file
-outdir dir Set language specific files output directory
-swiglib Show location of SWIG library
-version Show SWIG version number
這隻是指令行選項的一個子集。對每種目智語言都有各自附加的選項。可以使用指令"swig -help or swig -lang -help"檢視全部。
filename是使用者編寫的SWIG标記腳本檔案。
(2) SWIG的輸入
輸入為編寫的腳本檔案，通常字尾為.i或.swg。
通常該腳本檔案的格式如下：
%module mymodule
%{
＃i nclude "myheader.h"
%}
// Now list ANSI C/C++ declarations
int foo;
int bar(int x);
...
子產品名使用"%module"（或-module指令行選項）進行标記。這個标記必須在檔案的開始出現，用于命名目标擴充子產品。如果選擇在指令行提供，則不需要"%module"标記。
在"%{ ... %}"中進行頭檔案和其它特殊的聲明（如% rename、% ignore等）。它将被逐字的複制到SWIG建立的wrapper檔案中。
(3) SWIG的輸出
SWIG的輸出是一系列wrapper檔案，也可能根據目标檔案的不同産生一些其它的檔案。預設情況下，輸入名為file.i的檔案将輸出檔案
file_wrap.c或file_wrap.cxx（依賴于是否使用了-c++選項）。編譯器通常是通過檔案字尾來确定源語言（C、C++等）類型的。
輸出檔案的名字可以通過-o選項修改。例如：
$ swig -c++ -python -o example_wrap.cpp example.i
SWIG建立的wrapper檔案可直接用來編譯連接配接産生共享庫，不需要再對生成檔案進行編輯。
2. SIP（A Tool for Generating Python Bindings for C and C++ Libraries）
Python-SIP是一個用于為Python生成C++接口的工具。它類似于SWIG，但使用了一個不同的接口格式。它用于建造PyQt 和PyKDE，支援Qtsignal/slot機制。
SIP是一個為C/C++庫自動生成Python綁定的工具。SIP最初于1998年為了PyQt（Python綁定到Qt GUI工具集）而開發的，但也适合于生成C/C++庫的綁定。
SIP的命名是因為它最初是作為一個小的SWIG出現的。與SWIG不同，SIP實作是為了盡可能最小化的實作Python與C/C++的整合。
1）支援特性與局限
SIP的主要優點是綁定加載速度快，記憶體消耗小，尤其在隻使用一個大庫中的小集合時。它支援的特性主要包括：
? 提供标準Python和C/C++資料類型間的自動轉換；
? 根據不同參數重載函數；
? 提供對C++類保護方法的接口；
? 可以在Python中定義C++類的子類，包括C++的抽象類；
? 支援原始的C++函數、類方法、靜态類方法、虛類方法和抽象類方法；
? 可以在Python中重新實作C++虛方法和抽象方法；
? 支援全局變量和類變量；
? 支援C++的名字空間；
? 支援C++異常，并能将之轉換為Python異常；
? 可以定義C++類和類似的Python資料類型之間的映射，并能自動調用；
? 可以在某特定檔案中包括可提取文檔；
? 可以在特定檔案中包括版權資訊，使其自動包含到生成的所有源代碼中；
? 擴充過程與特定平台無關；
? SIP也能了解Qt實作的signal/slot類型安全回調機制。
3） 使用方法
(1) 使用步驟：
? 寫.sip規範檔案；
? 用指令$ sip -c . foo.sip在目前目錄産生C++代碼；
? 寫configure.py腳本檔案，用指令$ python configure.py來生成Makefile檔案；
? 運作$ make；make install完成編譯和安裝擴充子產品。
(2) 運作：
SIP指令行文法如下：
$ sip [options] [specification]
其中，specification是子產品規範檔案（通常字尾為sip）的檔案名。若被省略則預設為stdin。
指令行選項如下：
-h
Display a help message.
-V
Display the SIP version number.
-a file
The
name of the Scintilla API file to generate. This file contains a
description of the module API in a form that the Scintilla editor
component can use for auto-completion and call tips. By default the
file is not generated.
-b file
The name of the build file to
generate. This file contains the information about the module needed by
the SIP build system to generate a platform and compiler specific
Makefile for the module. By default the file is not generated.
-c dir
The
name of the directory (which must exist) into which all of the
generated C or C++ code is placed. By default no code is generated.
-d file
The
name of the documentation file to generate. Documentation is included
in specification files using the %Doc and %ExportedDoc directives. By
default the file is not generated.
-e
Support for C++
exceptions is enabled. The causes all calls to C++ code to be enclosed
in try/catch blocks and C++ exceptions to be converted to Python
exceptions. By default exception support is disabled.
-I dir
The
directory is added to the list of directories searched when looking for
a specification file given in an %Include or %Import directive. This
option may be given any number of times.
-j number
The
generated code is split into the given number of files. This make it
easier to use the parallel build facility of most modern
implementations of make. By default 1 file is generated for each C
structure or C++ class.
-r
Debugging statements that trace
the execution of the bindings are automatically generated. By default
the statements are not generated.
-s suffix
The suffix to use for generated C or C++ source files. By default .c is used for C and .cpp for C++.
-t tag
The
SIP version tag (declared using a %Timeline directive) or the SIP
platform tag (declared using the %Platforms directive) to generate code
for. This option may be given any number of times so long as the tags
do not conflict.
-w
The display of warning messages is enabled. By default warning messages are disabled.
-x feature
The feature (declared using the %Feature directive) is disabled.
-z file
The name of a file containing more command line options.
(3) 輸入：
輸入為規範檔案。
我們通過一個簡單的規範檔案示例來說明規範檔案文法。假定有一個C++庫實作了Word類。類有一個構造器，構造器以一個/0結束的字元串作為唯一參數。類有一個叫做reverse()的無參方法，它傳回一個/0結束的字元串。
類的接口在頭檔案word.h中定義，如下所示：
// Define the interface to the word library.
class Word {
const char *the_word;
public:
Word(const char *w);
char *reverse() const;
};
相應的SIP規範檔案如下所示：
// Define the SIP wrapper to the word library.
%Module word 0
class Word {
%TypeHeaderCode
＃i nclude "word.h"
%End
public:
Word(const char *);
char *reverse() const;
};
SIP 使用訓示器（Directives）來進行C++特性的映射。訓示器主要包括：
%AccessCode
%CModule 實作的是C子產品，并定義子產品名稱；
%ConvertFromTypeCode 将C/C++類型轉換為Python類型；
%ConvertToSubClassCode 同上（基于RTTI）；
%ConvertToTypeCode 同上；
%Copying 添加的手寫代碼會包含到SIP生成的代碼檔案頭中；
%Doc 可以由指令提取出文檔資訊；
%End 辨別包含代碼或文本塊結束标志；
%ExportedDoc 可被import的文檔；
%Feature 與%If、% Platforms、%Timeline一起使用，控制規範檔案中一些部分是否被處理；
%If
%Import 導入其它子產品的規範檔案；
%Include 包括其它檔案；
%License 用來實作可選的執行字典，包括Licensee, Signature, Timestamp和Type注解；
%MappedType 定義自動類型轉換映射表；
%MethodCode 全局函數、類方法、運算符、構造和解析等的實作代碼；
%Module 實作的是C++子產品，并定義子產品名稱；
%ModuleCode 編寫能夠被其它子產品調用的函數代碼；
%ModuleHeaderCode 被生成的所有檔案包含的函數體聲明；
%OptionalInclude 作用同%Include，但打開出錯時繼續處理；
%Platforms 配合%If，設定平台資訊；
%PostInitialisationCode 編寫子產品調入初始化後立即執行的代碼；
%PreInitialisationCode 編寫子產品調入初始化前執行的代碼；
%Timeline 配合%If，設定版本資訊；
%TypeCode 标注類或結構中的函數，使其可以被其它結構或類調用；
%TypeHeaderCode 定義結構或類中将包含的頭檔案，使得頭檔案中類型可以被使用；
%VirtualCatcherCode 虛函數實作相關的辨別。
SIP使用注解（Annotations）來進行參數和函數的進階說明。包括參數注解、類注解、函數注解、enum注解、license注解和變量注解。注解有自己的類型和相應的可選值。舉例如下：
在Python中，函數參數類型不比對時能夠自動調整為比對，但在C/C++中将會出錯。若在參數後添加Constrained注解将會解決這個問題。
void foo(double);
void foo(int);
================================================
void foo(double /Constrained/);
void foo(int);
(4) 輸出：
一系列生成檔案，供編譯連接配接成為共享庫。
3. Boost
1）簡介
Boost是一套開放源代碼、高度可移植的C++庫，由C++标準委員會庫工作組發起。主要有以下一些特點：
? 支援正規表達式和各種字元類型（如char、wchar_t及自定義字元類型）；
? 支援多線程（跨平台多線程庫）；
? 支援資料結構"圖"，以及即将加入标準的hash_set、hash_map、hash_multiset、hash_multimap等，C++對資料結構的支援已近完備；
? 支援Python語言的擴充；
? 智能指針，與std::auto_ptr一起使用，可杜絕記憶體洩露，且高效；
? 支援循環備援的CRC、元組tuple、可容納不同類型值的any等；
? 還在迅速擴大中，部分内容有望進入C++标準庫。
Boost.Python，一個C++庫，能夠在C++和Python程式之間無縫連接配接。而且不需要任何額外的工具——隻要你的C++編譯器。不必為了wrap而修改C++代碼，使用簡單。
目前版本已經被重寫，具有更靈活友善的接口和新的功能。包括：
? 引用和指針
? Globally Registered Type Coercions
? 自動跨子產品的類型轉換
? 有效的函數重載
? C++到Python的異常轉換
? 預設參數
? Keyword Arguments
? 在C++中使用Python對象
? Exporting C++ Iterators as Python Iterators
? Documentation String
2）使用
使用步驟包括：
? 寫C++源程式；
? 寫C++ wrapper；
? 使用bjam對wrapper進行build；
? 在python中使用。
3）程式舉例：
(1) 簡單的C++函數：
char const* greet()
{
return "hello, world";
}
可以被寫成如下的Boost.Python wrapper：
＃i nclude
using namespace boost::python;
BOOST_PYTHON_MODULE(hello)
{
def("greet", greet);
}
然後将它建構成共享庫，便在Python中加以使用：
>>> import hello
>>> print hello.greet()
hello, world
(2) 類和結構
struct World
{
World(std::string msg): msg(msg) {} // added constructor
void set(std::string msg) { this->msg = msg; }
std::string greet() { return msg; }
std::string msg;
};
它的wrapper檔案為：
＃i nclude
using namespace boost::python;
BOOST_PYTHON_MODULE(hello)
{
class_("World", init())
.def("greet", &World::greet)
.def("set", &World::set)
;
}
(3) 類的繼承
struct Base { virtual ~Base(); };
struct Derived : Base {};
它的wrapper檔案為：
class_("Base")
;
class_ >("Derived")
;
五、總結
本文隻是對幾個擴充工具的簡單介紹，對每種工具将在後續文章中陸續加以說明，并附以代碼。
![TestLink導出用例轉換工具(XML2Excel)[圖]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)