使用C ++和Python訪問數組

Question

我正在模擬一個由約100,000個恆星組成的迷你星系。 我想在Python中進行視覺表示，在C ++中進行大量計算。 使用ctypes，我可以從Python調用C ++函數。

我基本上想要的是RAM中存在的數組，可以由python和C ++訪問。 然后，在python中調用函數update（）時，C ++將更新數組。 重要的是，C ++實際上僅更改數組中的值。 一直進行復制將非常耗時。

我是一個初學者，尤其是在C ++中，所以我真的不知道在哪里可以找到正確的信息以及要使用的關鍵字。 當然歡迎提出有關如何做的想法，但是一些信息鏈接也將不勝感激。

最好，

Answer 1

您可以使用python C / C ++ API構建C ++ python包裝器模塊：

https://docs.python.org/2/extending/extending.html

我將使用提供服務的python API創建一個C ++模塊（ dataUpdater ），讓我們對其進行調用， update ，該操作應該會接收要將數據加載到其中的Python對象。

在您的Python端，每當我想從C ++加載數據時，我都會調用dataUpdater.update

編輯：

另一種選擇是使您的C ++模塊的行為類似於提供數據訪問服務的數據結構，例如：

• getValueAt(index)
• setValueAt(index)
• getSize()

並在python端使用它：

for i in xrange(dataUpdater.getSize()):
    val = dataUpdater.getValueAt(i)
    ...

Answer 2

您應該完全檢查有關此問題的Python文檔：

https://docs.python.org/2/extending/

考慮到文檔，您可以定義一個新的Type； 假設星星將是雙精度數組：

typedef struct {
    PyObject_HEAD
    double * Stars;
} Galaxy;

然后定義數學運算方法...（python doc）

static PyObject* Galaxy_calc(Galaxy *self, PyObject *args)
{
     double * Star_temp;   

     /* Your Array is referenced by self->Stars*/
     Star_temp = self->Stars;

     /* Do the math in C++ */
     // All necessary calculations go here.
};

將這些方法包含在新定義的類型（Galaxy）中相當容易，您只需設置變量即可：

static PyMethodDef Galaxy_methods[] = 
{
    {"calc", (PyCFunction)Galaxy_calc, METH_VARARGS,"Performs stelar calculations."},
    {NULL}  /* Sentinel */
};


static PyMemberDef Galaxy_members[] = 
{    {"Stars", T_OBJECT_EX, offsetof(Galaxy, Galaxy), 0, "Galaxy Stars"},
    {NULL}  /* Sentinel */
};

現在只需將Galaxy_methods var包含在下面的適當位置

static PyTypeObject Galaxy_GalaxyType = {
    PyObject_HEAD_INIT(NULL)
    0,                         /*ob_size*/
    "Galaxy.Galaxy ",           /*tp_name*/
    sizeof(Galaxy),            /*tp_basicsize*/
    0,                         /*tp_itemsize*/
    (destructor)Galaxy_dealloc, /*tp_dealloc*/
    0,                         /*tp_print*/
    0,                         /*tp_getattr*/
    0,                         /*tp_setattr*/
    0,                         /*tp_compare*/
    0,                         /*tp_repr*/
    0,                         /*tp_as_number*/
    0,                         /*tp_as_sequence*/
    0,                         /*tp_as_mapping*/
    0,                         /*tp_hash */
    0,                         /*tp_call*/
    0,                         /*tp_str*/
    0,                         /*tp_getattro*/
    0,                         /*tp_setattro*/
    0,                         /*tp_as_buffer*/
    Py_TPFLAGS_DEFAULT | Py_TPFLAGS_BASETYPE,          /*tp_flags*/
    "Galaxy objects",          /* tp_doc */
    0,                         /* tp_traverse */
    0,                         /* tp_clear */
    0,                         /* tp_richcompare */
    0,                         /* tp_weaklistoffset */
    0,                         /* tp_iter */
    0,                         /* tp_iternext */
    Galaxy_methods,            /* tp_methods */
    Galaxy_members,            /* tp_members */
    0,                         /* tp_getset */
    0,                         /* tp_base */
    0,                         /* tp_dict */
    0,                         /* tp_descr_get */
    0,                         /* tp_descr_set */
    0,                         /* tp_dictoffset */
   (initproc)Galaxy_init,      /* tp_init */
    0,                         /* tp_alloc */
    Galaxy_new,                /* tp_new */
};

使用上面提到的python文檔來實現新的，alloc，dealloc和init方法（這些非常簡單），就可以了！

Answer 3

正確執行此操作實際上非常復雜。 首先，您應該在python中使用numpy包作為數組。 然后，您將定義一個C接口，如https://docs.python.org/2/c-api/中所述 。 （這是參考手冊，因此您可能要先閱讀並嘗試使用https://docs.python.org/2/extending/index.html 。）最重要的是，您將需要使用緩沖區接口（ https ：//docs.python.org/2/c-api/buffer.html#bufferobjects ）訪問numpy數組。

ctypes似乎也對連續數組有一些支持，但是我沒有經驗。 但是，如果您在Python端對數組進行任何處理，則需要使用numpy ，我認為ctypes不支持。

Answer 4

這是關於如何使用Boost.Python完成此任務的另一個建議。

讓我們將代碼組織成3個文件： setup.py （負責編譯擴展代碼），僅使用擴展代碼的Python腳本以及擴展代碼本身：

.
├── galaxy.cpp
├── main.py
└── setup.py

galaxy.cpp ：請注意， galaxy.cpp異常，因此，可以通過分配給尚未初始化的Star和其他C ++ galaxy.cpp來產生分段錯誤。 如果您修改此代碼，請務必始終將BOOST_PYTHON_MODULE命名為文件本身。

#include <vector>

#include <boost/python.hpp>

class Star {
public:
    Star(double mass): mass(mass) {}

    bool set_mass(double given_mass) {
        this->mass = given_mass;
        return true;
    }
private:
    double mass;
};

class Galaxy {
public:
    Galaxy(const boost::python::list& masses) {
        for (size_t i = 0; i < len(masses); i++) {
            double mass = boost::python::extract<double>(masses[i]);
            stars.push_back(Star(mass));
        }
    }

    bool update(int star_number, double mass) {
        return this->stars[star_number].set_mass(mass);
    }

private:
    std::vector<Star> stars;
};

BOOST_PYTHON_MODULE(galaxy)
{
    using namespace boost::python;
    class_<Galaxy>("Galaxy", init< boost::python::list >())
        .def("update", &Galaxy::update)
    ;
}

setup.py ：請注意，Boost已使用Macports安裝在我的機器上； 您可能需要在include_dirs變量中調整可以找到它的路徑。

from distutils.core import setup
from distutils.extension import Extension

setup(name="galaxies",
      ext_modules=[
          Extension(
              "galaxy", ["galaxy.cpp"],
              include_dirs=["/opt/local/include"],
              libraries=["boost_python-mt"])])

最后，使用Galaxy對象在main.py執行所需的任何main.py 。 請注意，在此示例中，該對象是通過Python列表構建的（這意味着您實際上實際上是在Python和C ++之間至少傳遞了一次數組），但這不是必須的：您可以讓C ++代碼讀取數據文件，並通過Python傳遞其路徑。

import galaxy

sombrero = galaxy.Galaxy([0.1, 22.3, 33.4])
sombrero.update(0, 24.5)

這是編譯和運行示例的方法：

$ python setup.py build_ext --inplace && python main.py

Answer 5

總是這樣：

http://www.boost.org/doc/libs/1_55_0/libs/python/doc/

“歡迎使用Boost.Python版本2，該版本是一個C ++庫， 可在C ++和Python編程語言之間實現無縫的互操作性 。”