Python调用C++之SWIG

以下为授权转载的一盎司科技公众号文章


SWIG是一种软件开发工具,它将C和C++编写的程序与其他各种高级编程语言连接起来。

下面将简单介绍使用SWIG将C++动态库(上期所CTP接口thosttraderapi_se.dll)提供给Python使用的基本步骤,关于SWIG的详细内容可参考官方文档(https://www.swig.org)。

示例代码地址:

GitHub地址:https://github.com/iounce/python-cpp-demo

Gitee地址:https://gitee.com/iounce_admin/python-cpp-demo

环境

  • Windows操作系统:Windows10(21H2,19044.1766)

  • C++开发环境:Visual Studio 2022社区版

  • Python:3.10.4

  • SWIG:4.1.1

安装SWIG

首先在官网下载页面选择Windows版本下载,然后解压安装包swigwin-4.1.1.zip到自定义目录,然后添加目录到系统环境变量Path之中,主要是方便执行SWIG命令。可执行swig -version查看版本:

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编写C++文件

由于CTP接口包含回调类,需要自定义,同时为了方便生成指针类型,故增加了自定义new和delete函数供Python调用。具体如下:

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编写转换文件

需要按照SWIG格式,编写.i后缀的文件,便于执行转换操作,这里只是简单引用了CTP的头文件,具体如下:

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执行SWIG转换

转换过程相对简单,执行命令swig -c++ -python python_api.i即可,正常情况会生成python_api_wrap.cxx文件:

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编写setup.py文件

执行转换后,将生成的文件和CTP头文件一起打包,即可生成可供Python使用的版本,即Python版本的CTP接口包。需要注意引用CTP动态库文件,同时拓展名需要加下划线,具体如下:

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生成Python包

直接使用命令python setup.py build编译生成最终包即可,最终会在build目录生成一个pyd为后缀的Python包文件:

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编写Python测试程序

简单起见,先将生成的Python包文件_python_trader_api.cp310-win_amd64.pyd(环境不同生成文件名可能有差异)拷贝到当前目录,然后编写测试程序main.py并执行:

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可以看到,Python编写代码的流程和C++完全一致,所有的类及其变量定义完全一致,只是改为Python的方式,极大的保留了C++的原型,也方便了Python的编写,简单易用。

<think>好的,我现在需要帮助用户了解如何使用SWIGPython调用C++。根据用户提供的引用资料,我需要整理出一个清晰的步骤教程。首先,我应该从用户提供的三个引用中提取关键步骤,并按照逻辑顺序组织。 首先,用户提到的引用[1]中有example.cpp和example.h的示例代码,以及需要创建example.i文件。引用[2]和[3]提到了使用swig命令生成包装代码,比如执行swig -c++ -python example.i,然后编译生成模块。引用[3]还提到了使用setup.py来编译扩展模块。 接下来,我需要将这些步骤分步解释,确保用户能够按照步骤操作。可能的结构包括:准备C++代码、编写接口文件、生成包装代码、编写setup.py、编译生成Python模块、验证测试。每个步骤需要给出具体的代码示例和命令,确保用户能复制粘贴操作。 同时,需要注意用户提到的系统级指令,比如正确使用LaTeX格式,但这个问题主要涉及代码和命令,可能数学表达式较少。不过如果有提到算法或数学相关内容,比如性能分析,可能需要用到。但当前问题主要是技术步骤,可能不太涉及数学公式。 另外,用户要求生成相关问题,我需要根据SWIG的使用和Python调用C++的流程,提出几个相关问题,比如如何处理复杂数据结构、异常处理、性能对比等。 需要确保所有代码块正确,特别是C++代码中的符号,比如用户提供的example.cpp中使用了cout,需要检查是否正确转义,但用户提供的代码中似乎有<符号,可能需要更正为正确的<<操作符。不过在引用[1]中的示例代码有错误,可能需要指出或纠正,比如cout后面的<<应该改为<<。但用户可能只是复制了原始引用中的内容,所以在教程中需要给出正确的代码示例。 总结步骤: 1. 准备C++头文件和实现文件,比如example.h和example.cpp,定义类和方法。 2. 编写SWIG接口文件example.i,指定导出的类和函数。 3. 运行SWIG命令生成包装代码,这会生成example_wrap.cxx和example.py。 4. 编写setup.py脚本,使用distutils或setuptools编译C++扩展模块。 5. 执行编译命令,生成共享库文件(如_example.so)。 6. 在Python中导入生成的模块并测试调用。 在解释每个步骤时,需要给出具体的代码示例和命令,确保用户能一步步跟随。同时,注意可能的陷阱,比如编译器选项、Python版本兼容性、文件命名的一致性等。 可能还需要提到如何处理更复杂的情况,比如传递STL容器、异常处理等,但基础示例可能不需要涉及这些,可以在相关问题中提及。 最后,生成的相关问题应该围绕SWIG的高级用法、常见问题处理、性能优化等,帮助用户进一步学习。</think>### SWIG实现Python调用C++代码教程 #### 一、环境准备 1. 安装SWIG工具(Windows/Mac/Linux通用命令) ```bash brew install swig # Mac sudo apt-get install swig # Ubuntu ``` 2. 准备C++编译器(如g++)和Python开发头文件 --- #### 二、基础示例步骤 ##### 1. 编写C++代码 创建`example.h`头文件: ```cpp #include <iostream> #include <string> class Example { public: void sayHello(); std::string repeat(std::string sentence); }; ``` 创建`example.cpp`实现文件: ```cpp #include "example.h" void Example::sayHello() { std::cout << "hello" << std::endl; } std::string Example::repeat(std::string sentence) { return sentence + " (C++ processed)"; } ``` ##### 2. 编写SWIG接口文件 创建`example.i`接口定义文件: ```swig %module example %{ #include "example.h" %} %include "std_string.i" // 支持std::string类型转换 %include "example.h" // 声明需要导出的类 ``` ##### 3. 生成包装代码 执行SWIG命令生成Python包装: ```bash swig -c++ -python example.i ``` 生成以下文件: - `example_wrap.cxx`(C++包装代码) - `example.py`(Python接口模块) ##### 4. 编写编译脚本 创建`setup.py`编译配置: ```python from distutils.core import setup, Extension example_module = Extension( '_example', sources=['example.cpp', 'example_wrap.cxx'], extra_compile_args=['-std=c++11'] ) setup( name='example', ext_modules=[example_module], py_modules=['example'] ) ``` ##### 5. 编译生成Python模块 执行编译命令: ```bash python setup.py build_ext --inplace ``` 生成共享库文件`_example.so`(Linux/Mac)或`_example.pyd`(Windows) ##### 6. 验证调用 Python测试脚本`test.py`: ```python import example e = example.Example() e.sayHello() # 输出: hello print(e.repeat("SWIG test")) # 输出: SWIG test (C++ processed) ``` --- #### 三、关键原理说明 1. **类型映射**:SWIG通过`std_string.i`等接口文件实现C++Python类型自动转换[^2] 2. **命名规则**:编译后的模块名前缀下划线`_example`是SWIG的命名约定 3. **内存管理**:Python通过引用计数自动管理C++对象生命周期 --- #### 四、常见问题处理 | 问题现象 | 解决方法 | |-------------------------|-----------------------------------| | 编译时报`undefined symbol` | 检查`.i`文件中是否正确定义导出符号 | | Python导入报`ImportError` | 确认`_example.so`与`example.py`在同一目录 | | 不支持C++11特性 | 在`setup.py`中添加`-std=c++11`编译参数[^3] | --- §§ 1. 如何通过SWIG传递C++ STL容器(如vector)到Python? 2. SWIG如何处理C++异常与Python异常的映射? 3. 对比C++原生实现,SWIG包装后的Python调用性能损耗是多少? 4. 如何通过SWIG实现Python回调函数传递到C++? [^1]: 引用自SWIG接口文件配置说明 : 参考SWIG官方类型映射文档 [^3]: 基于Python扩展编译最佳实践
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