C++builder中的人工智能（26）：如何在C++应用中使用Python语言？

Python是一个非常流行且拥有许多实用库的编程语言。特别是在人工智能（AI）和机器学习（ML）领域，Python表现出色。如果您是C++开发者，您可能希望您的用户能够使用您的应用程序中的Python编写的AI模块或框架来分析数据。想象一下，用户只需点击几个按钮就能进行一些繁重的AI分析。这样，您就能充分利用C++的原始速度和力量，同时运行Python模块。您知道吗，您可以在C++ IDE中非常容易地做到这一点。在本文中，我们将展示如何将您的C++应用程序与Python语言集成。

目录

• 为什么我要在C++应用中使用Python语言？
• 为什么我要在应用中使用C++而不是Python？
• 我可以在C++应用中的哪些地方使用Python语言？
• 如何在C++应用中使用Python语言？
• 在C++应用中使用Python语言的更多信息
• 如何在C++ VCL应用中使用Python语言？
• 如何在跨平台C++ FMX应用中使用Python语言？
• 如何在C++控制台应用中使用Python语言？

为什么我要在C++应用中使用Python语言？

在当今的编程世界中，Python编程语言非常受欢迎，可能仅次于C++。Python易于使用，并且因为得到谷歌等大公司的支持而更受欢迎。Python特别成功的领域之一是AI技术和机器学习的库和框架。它是一种伟大的面向对象的、解释型的、交互式的编程语言。Python具有非常清晰的语法。它具有模块、类、异常、非常高级的动态数据类型和动态类型。它有许多系统调用和库的接口，以及各种窗口系统的接口。新的内置Python模块可以轻松地用C或C++编写。Python也可以作为其他语言编写的应用程序的脚本扩展，这些应用程序从其易用性中受益。Python是免费使用的。更多信息可以在他们的官方网站找到：Welcome to Python.org

我们应该注意，Python可以在Delphi项目中使用，这个质数函数之前在Delphi和Python中测试过：https://www.youtube.com/watch?v=aCz5h96ObUM 与Kiriakos Vlahos一起。在这里，我们受到这个视频的启发，尝试在C++中对相同的函数进行相同的测试。在这篇文章中详细解释了如何在现代C++中找到质数。

为什么我要在应用中使用C++而不是Python？

C和C++是最快速且最强大的编程语言之一，它们可以轻松地进行尽可能快的计算。例如，C++ Builder是一个伟大的IDE，包括了Win32、Win64、Android和iOS的编译器。C++Builder既有CLANG增强型C/C++编译器，也有Embarcadero的新Bcc C/C++编译器。它还具有现代的、高生产力的RAD Studio IDE、调试工具和企业级连接性，以加速跨平台UI开发。您可以轻松地开发基于GUI的应用程序，因为它附带了屡获殊荣的VCL框架，用于高性能的原生Windows应用程序和功能强大的FireMonkey (FMX)框架，用于跨平台UI。还有一个免费的C++ Builder社区版，学生、初学者和初创企业也可以使用，但有限制。

在我们对相同PC系统上的不同质数测试中（我发现这个测试是一个很好的测试，它包含整数、浮点数、浮点函数、逻辑函数和迭代），我们的测试表明，C++在计算64位质数时比Python快约9.4倍，而在32位上快约17.8倍。计算质数是一个很好的测试，它使用了一些基本的逻辑操作和数学函数。这个过程包括逻辑if()语句、for()循环和一些数学过程（floor、sqrt等），显示C++在数学操作上非常快速。这些测试可以在不同的操作中进行，以比较语言。即使是写得最好的Python也无法接近类似C++应用的速度。

在其他一些例子中，Python可能比C++慢20、50、100、200倍。别忘了，Python在“幕后”使用C++模块。当您运行一些命令时，它使用这些模块，使其在模块函数中更快，即在AI应用中。

我可以在C++应用中的哪些地方使用Python语言？

如果您想在应用程序中使用Python特性，有一个简单的方法可以做到这一点。首先，让我们举一个例子：

例如，您开发了一个非常复杂的C++应用程序，该应用程序可以从不同的连接模块获取即时图像，假设用户可以通过您的应用程序对这些图像进行编辑，并执行许多操作，还有用户登录和安全模块、数据库连接等。在某个时候，您希望用户知道那幅画中有什么，或者您希望您的应用程序在视野中有人类（或汽车、野生动物）时发出警告。为此，您有3个不同的选择：

• 您可以在C++中开发自己的深度学习库
• 您可以在C++中使用第三方深度学习库（开源或付费）
• 您可以使用Python及其框架，并从互联网上适应一些示例

假设您找到了一些可以学习和分析这些图像的简单Python代码，并希望在您美观的现代高分辨率C++应用程序中使用这些Python代码。在这种情况下，最好的做法是遵循第三个选择。在下面的帖子中，我们解释了第三个选择，它简单且易于使用最新的Python，并轻松运行您找到的最新Python代码。

如何在C++应用中使用Python语言？

首先，您需要一个适当版本的Python和您想要使用的Python代码。Python是免费使用的，更多信息可以在他们的官方网站找到：https://www.python.org/，从那里安装它。然后，您可能需要在Python中安装更多的模块或框架。确保Python编译器在命令控制台的任何路径中运行。现在让我们给出一个非常简单且现代的C++ Builder VCL示例。

1. 创建一个新的 C++ Builder应用程序（VCL或FMX）
2. 添加一个 Memo (TMemo) 以输入一些Python代码，这将是 Memo1
3. 再添加一个 Memo (TMemo) 用于Python代码的输出，这将是 Memo2
4. 添加一个 Button (TButton) 以运行Python代码，这将是 Button1，将其标题或文本设置为“保存并运行”
5. 双击 Button1，这将生成 Button1Click()
6. 在Button1Click()事件中添加以下代码：

// 保存Memo1中写的Python代码
Memo1->Lines->SaveToFile("tmp.py");

// 运行tmp.py Python文件，并输出到tmp.out
std::system("python tmp.py > tmp.out");

// 从tmp.out加载输出文件
Memo2->Lines->LoadFromFile("tmp.out");

 

当用户点击按钮时，首先，我们将Memo1中编写的Python代码保存到一个名为tmp.py的文件中：

Memo1->Lines->SaveToFile("tmp.py");

然后，我们将使用system()命令运行这个tmp.py Python文件，并将输出重定向到tmp.out文件中：

std::system("python tmp.py > tmp.out");

最后，我们将从tmp.out文件中读取输出内容：

// 加载输出文件
Memo2->Lines->LoadFromFile("tmp.out");

这段代码是一个简单的示例，展示了如何在C++应用程序中执行Python脚本并将结果返回到C++应用程序中。这个过程包括三个步骤：

1. 保存Python代码：将用户在C++应用程序的Memo1文本框中编写的Python代码保存到一个临时文件tmp.py中。
2. 执行Python脚本：使用C++的system()函数调用Python解释器执行tmp.py文件，并将标准输出重定向到tmp.out文件中。
3. 读取输出：从tmp.out文件中读取Python脚本的输出，并将结果显示在C++应用程序的Memo2文本框中。

这种方法允许C++应用程序利用Python的强大功能，例如数据分析、机器学习等，同时保持C++应用程序的性能优势。

在C++应用中使用Python语言的更多信息

简而言之，这3个步骤一起在C++ Builder应用程序中非常简单。

// 保存写的Python代码
Memo1->Lines->SaveToFile("tmp.py");
// 在这个文件上运行Python，并将输出到另一个文件
std::system("python tmp.py > tmp.out");
// 从输出文件加载
Memo2->Lines->LoadFromFile("tmp.out");

这里有一个运行Python代码的VCL示例：

如何在C++ VCL应用中使用Python语言？

这里有一个完整的C++ Builder VCL示例：

 
#include <vcl.h>
#pragma hdrstop
 
#include "Python_Runner_Unit1.h"
//---------------------------------------------------------------------------
#pragma package(smart_init)
#pragma resource "*.dfm"
TForm1 *Form1;
//---------------------------------------------------------------------------
__fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner): TForm(Owner)
{
}
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::Button1Click(TObject *Sender)
{
	// Save written Python codes
	Memo1->Lines->SaveToFile("tmp.py");
 
	// Run Python on this file and output to another file
	std::system("python tmp.py > tmp.out");
 
	// Load output file
	Memo2->Lines->LoadFromFile("tmp.out");
}
 

如何在跨平台C++ FMX应用中使用Python语言？

这里有一个C++ Builder中的FMX示例：

 
#include <fmx.h>
#pragma hdrstop
 
#include "Python_Runner_Unit1.h"
//---------------------------------------------------------------------------
#pragma package(smart_init)
#pragma resource "*.dfm"
TForm1 *Form1;
//---------------------------------------------------------------------------
__fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner): TForm(Owner)
{
}
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::Button1Click(TObject *Sender)
{
	// Save written Python codes
	Memo1->Lines->SaveToFile("tmp.py");
 
	// Run Python on this file and output to another file
	std::system("python tmp.py > tmp.out");
 
	// Load output file
	Memo2->Lines->LoadFromFile("tmp.out");
}

在C++控制台应用程序中使用Python语言的方法相对简单。以下是一个可以在任何Windows编译器中使用的简单控制台应用程序示例，例如C++ Builder、Dev-C++、MSVC、VSCode、GNU gcc g++等。

#include <iostream>

int main() {
    // 运行Python脚本，并将输出重定向到另一个文件
    std::system("python tmp.py > tmp.out");

    // 使用tmp.out文件（分析、编辑、显示等）
    // 这里可以添加代码来读取tmp.out文件，并在C++程序中处理输出结果
    // 例如，读取tmp.out文件并打印到控制台
    std::ifstream outFile("tmp.out");
    std::string line;
    while (std::getline(outFile, line)) {
        std::cout << line << std::endl;
    }
    outFile.close();

    return 0;
}

这个程序的工作流程如下：

1. 使用#include <iostream>来包含标准输入输出流库，以便在程序中使用std::cout和std::cin。

2. main函数是程序的入口点。

3. 使用std::system函数调用Python解释器执行tmp.py脚本，并将输出重定向到tmp.out文件。std::system函数可以执行操作系统的命令行命令。

4. 程序可以使用tmp.out文件进行进一步的处理。在这个示例中，我们使用std::ifstream（输入文件流）来打开tmp.out文件，并使用std::getline函数逐行读取文件内容，然后将每行输出到控制台。

5. 最后，程序返回0，表示成功执行。

这个示例展示了如何在C++控制台应用程序中调用Python脚本，并将Python脚本的输出作为C++程序的输入进行处理。这种方法可以让您在C++程序中利用Python的强大功能，例如数据处理、机器学习等，同时保持C++的性能优势。

事实上，上述的不算真正地 嵌入python脚本，python脚本提供直接的使用。

配置python的头文件

配置库文件 

代码：

 

#include <iostream>
#include <tchar.h>
#include <Python.h>
#include <string>
#include <pylifecycle.h>

using namespace std;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
     // 1、初始化python接口   https://www.cnblogs.com/lidabo/p/17073441.html
    Py_Initialize(); //使用python之前，要调用Py_Initialize();这个函数进行初始化
    if (!Py_IsInitialized()) {
		printf("初始化失败！");
		return 0;
    }
    PyRun_SimpleString("print('hello')");
        PyObject* pModule = NULL; //声明变量
    //    PyObject* pFunc1 = NULL;
    //    PyObject* pFunc2 = NULL;
    //    PyObject* pFunc3 = NULL;
    // 2、初始化python系统文件路径，保证可以访问到 .py文件
	PyRun_SimpleString("import sys");
    PyRun_SimpleString("sys.path.append('./script')");

    // 3、调用python文件名，不用写后缀
    pModule = PyImport_ImportModule("hello");
    if (pModule == NULL)
	{
		cout << "hello.py:没找到" << endl;
    }
    pFunc3 = PyObject_GetAttrString(pModule, "func1"); //这里是要调用的函数名
    PyObject* args2 = Py_BuildValue("ii", 25, 6);//给python函数参数赋值

	PyObject* pRet = PyObject_CallObject(pFunc3, args2);//调用函数
	int res = 0;
	PyArg_Parse(pRet, "i", &res);//转换返回类型

    cout << "res:" << res << endl; //输出结果

    Py_Finalize(); // 与初始化对应
    system("pause");
    return 0;
}

#include <Python.h> 是 Python 嵌入式编程接口的头文件，它允许 C 或 C++ 程序直接嵌入和执行 Python 代码。以下是一些常用的函数和概念：

1. Py_Initialize()：

   • 初始化 Python 解释器。在调用任何其他 Python API 之前，必须先调用此函数。

2. Py_Finalize()：

   • 关闭 Python 解释器。在退出程序前调用，以清理分配的内存和资源。

3. PyRun_SimpleString()：

   • 执行一个简单的 Python 字符串。如果发生错误，它会打印 traceback 并返回 -1。

4. PyRun_SimpleFile()：

   • 从文件执行 Python 代码。与 PyRun_SimpleString() 类似，但是从文件中读取 Python 代码。

5. PyObject_CallObject()：

   • 调用一个 Python 对象，通常是一个函数。你需要传递函数对象和参数元组。

6. PyObject_CallMethod()：

   • 调用一个 Python 对象的方法。你需要传递对象、方法名和参数字符串。

7. PyImport_ImportModule()：

   • 导入一个 Python 模块。返回的是模块对象。

8. PyDict_GetItemString()：

   • 从字典对象中使用字符串键检索值。

9. Py_BuildValue() 和 PyArg_ParseTuple()：

   • Py_BuildValue() 用于创建新的 Python 对象从 C 数据类型。
   • PyArg_ParseTuple() 用于从 Python 对象解析参数到 C 数据类型。

10. PyEval_EvalCode()：

    • 执行编译的代码对象。

11. PyErr_Print()：

    • 打印当前 Python 错误到 stderr。

12. PyErr_Occurred()：

    • 检查是否有 Python 异常发生。

13. PyErr_Clear()：

    • 清除当前错误。

14. Py_INCREF() 和 Py_DECREF()：

• Py_INCREF() 增加对象的引用计数。
• Py_DECREF() 减少对象的引用计数。当引用计数为零时，对象会被销毁。

这些函数和概念是 Python 嵌入式编程的基础，允许 C/C++ 程序与 Python 解释器交互，执行 Python 代码，以及在两种语言之间传递数据。使用这些函数时，需要注意 Python 的引用计数和异常处理机制，以避免内存泄漏和程序崩溃。

下面是一个基本的示例，展示了如何在 C/C++ 程序中使用 Python.h 中的函数来嵌入和执行 Python 代码。这个示例包括初始化 Python 解释器、执行 Python 代码、调用 Python 函数、处理异常和清理。

#include <Python.h>

int main() {
    // 初始化 Python 解释器
    Py_Initialize();

    // 检查 Python 解释器是否初始化成功
    if (!Py_IsInitialized()) {
        fprintf(stderr, "Python interpreter not initialized.\n");
        return 1;
    }

    // 导入 Python 模块
    PyObject *pName, *pModule;
    pName = PyUnicode_DecodeFSDefault("mymodule"); // 假设模块名为 mymodule
    pModule = PyImport_Import(pName);
    Py_DECREF(pName);

    if (pModule != NULL) {
        // 从模块中获取函数
        PyObject *pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, "myfunction"); // 假设模块中有一个名为 myfunction 的函数
        if (pFunc && PyCallable_Check(pFunc)) {
            // 调用函数
            PyObject *pArgs = PyTuple_New(0); // 无参数
            PyObject *pValue = PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
            PyTuple_SetItem(pArgs, 0, pValue); // 将返回值设置为第一个参数
            Py_DECREF(pArgs);

            if (pValue != NULL) {
                // 打印结果
                printf("Result of call: %ld\n", PyLong_AsLong(pValue));
                Py_DECREF(pValue);
            } else {
                // 处理调用错误
                PyErr_Print();
                fprintf(stderr, "Call failed\n");
            }
            Py_DECREF(pFunc);
        } else {
            if (PyErr_Occurred())
                PyErr_Print();
            fprintf(stderr, "Cannot find function \"myfunction\"\n");
        }
        Py_DECREF(pModule);
    } else {
        PyErr_Print();
        fprintf(stderr, "Failed to load \"mymodule\"\n");
    }

    // 清理 Python 解释器
    Py_Finalize();

    return 0;
}

在这个示例中，我们首先调用 Py_Initialize() 来初始化 Python 解释器。然后，我们尝试导入一个名为 mymodule 的 Python 模块，并从中获取一个名为 myfunction 的函数。如果函数存在且可调用，我们使用 PyObject_CallObject 来调用它，并将结果打印出来。如果在这个过程中发生任何错误，我们将使用 PyErr_Print() 来打印错误信息。最后，我们调用 Py_Finalize() 来清理 Python 解释器。

请注意，这个示例假设你已经有一个名为 mymodule.py 的 Python 模块，其中包含一个返回整数值的函数 myfunction。此外，这个示例需要在 Python 环境变量配置正确的情况下编译和运行。在实际应用中，你可能需要根据实际情况调整模块名和函数名。