Python + C/C++ 嵌入式编程（1）：多维数组Numpy.Array()在Python和C/C++文件间的传递问题

Python 提供了丰富的 C API 函数，我们使用这些 C API 函数可以实现将 Python 文件中的函数、类等在 C/C++ 文件中进行调用，从而使得我们可以方便地使用 Python 代码来帮助我们实现一些额外的需求（如：嵌入神经网络模型）。

网上已经有很多介绍如何将 Python 嵌入到 C/C++ 的博客，这里不再累述。这里主要叙述一下如何实现多维数组在 Python 文件和 C/C++文件间互传，即如何从 Python 文件中返回 Numpy 数组，已经如何从 C/C++文件中传递一个多维数组到Python文件中。在处理这个的过程中，遇到了许多的困难，查阅了许多网站，发现中文博客中对这部分的相信介绍不是很多，故特此写这篇论文（第一篇博文，不详细的地方望评论中指出，有问题也欢迎在评论中咨询）。

博文目录：

• 从 Python 文件中的函数返回 List 数组
• 从 Python 文件中的函数返回包含 Numpy Array 的 List 数组
• 向 Python 文件中的函数传递 List 数组
• 向 Python 文件中的函数传递 Numpy Array 数组

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从 Python 文件中的函数返回 List 数组:

如果我们在 C/C++ 文件中调用的 Python 函数返回的是 List 数组，那么我们这里主要用到的是 Python C API 中的 List Object 来处理返回的数据，主要用到 List Object 里面的这些函数：

• int PyList_Check（PyObject *list）函数判断一个 PyObject 指针对象是不是一个 List 对象；
• Py_ssize_t PyList_Size (PyObject *list) 函数计算一个 List 对象的大小；
• PyObject* PyList_GetItem(PyObject *list, Py_ssize_t index) 函数返回 List对象中第 index 个元素的 PyObject 指针。

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示例：假设我们有这么一个Python函数：

def IntegerListReturn():

    IntegerList = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]

    return IntegerList

我们在 C/C++ 文件中调用这个 Python 函数时，将返回 List 对象，那么我们将在 C/C++文件中进行如下的接收操作：

 // some code omitted...
 cout<<"Integer List Show:"<<endl;
 PyObject *pFuncTwo     = PyDict_GetItemString(pDict, "IntegerListReturn");
 PyObject *FuncTwoBack  = PyObject_CallObject (pFuncTwo, nullptr);//返回List对象

 if(PyList_Check(FuncTwoBack)){ //检查是否为List对象

     int SizeOfList = PyList_Size(FuncTwoBack);//List对象的大小，这里SizeOfList = 3
     for(Index_i = 0; Index_i < SizeOfList; Index_i++){

         PyObject *ListItem = PyList_GetItem(FuncTwoBack, Index_i);//获取List对象中的每一个元素

         int NumOfItems = PyList_Size(ListItem);//List对象子元素的大小，这里NumOfItems = 3

         for(Index_k = 0; Index_k < NumOfItems; Index_k++){

             PyObject *Item = PyList_GetItem(ListItem, Index_k);//遍历List对象中子元素中的每个元素

             cout << PyInt_AsLong(Item) <<" "; //输出元素

             Py_DECREF(Item); //释放空间
         }

         Py_DECREF(ListItem); //释放空间
     }
     cout<<endl;

 }else{

     cout<<"Not a List"<<endl;
 }
 // some code omitted...

从 Python 文件中的函数返回包含 Numpy Array 的 List 数组

带有 Numpy Array 的 List 数组，除了上述提到的 List Object 操作函数，这里还需要用到 PyArrayObject 这个对象来处理返回的 Numpy Array。先介绍一下PyArrayObject, 这个 C API 模块来自 Numpy Module 中，所以使用这个 C API 模块前需要进行一些初始化操作：

// some code omitted...
#include <numpy/arrayobject.h> //包含 numpy 中的头文件arrayobject.h
using namespace std;

void init_numpy(){
  //初始化 numpy 执行环境，主要是导入包，python2.7用void返回类型，python3.0以上用int返回类型

    import_array();
}
int main()
{

    Py_Initialize();
    init_numpy();
    // some code omitted...

做完初始化后，我们就可以使用 PyArrayObject 对象。先对PyArrayObject 对象做一个简单的介绍。PyArrayObject 实际上是一个结构体，结构体内包含四个元素，用来访问 Numpy Array 中的数据：

1. int nd：Numpy Array数组的维度。
2. int