Python的混合语言编程和实现探讨

2022-09-21 16:45:51 来源:写作指导

摘要:Python属于ABC语言替代品,能够为语言编程提供高效、高级的数据结构,有效面对对象进行编程操作。Python编程语言的设计风格一般比较清晰统一,这使得Python编程语言能够简单易懂,维护起来也十分便利,所以被很多大众所接受和喜欢,应用推广速度比较快。Python是目前一种常用的脚本语言,在混合语言编程的软件开发中具有很好的应用效果。该文对Python编程语言进行论述,研究Python编程语言的语言风格、语言优点等,并探究其在混合语言编程中的应用和实现。

关键词:Python;混合语言编程;数据分析;软件

1Python编程语言风格和优点

1.1语言风格

Python属于ABC语言替代品,能够为语言编程提供高效、高级的数据结构,有效面对对象进行编程操作[1]。Python编程语言的设计风格一般比较清晰统一,这使得Python编程语言能够简单易懂,维护起来也十分便利,所以被很多大众所接受和喜欢,应用推广速度比较快[2]。Python编程语言开发以特定的问题为基础,选择最有效的方式来解决问题[3]。Python编程语言具有一定的限制性,在编程中,不良的编程习惯会造成编程不能通过编译[4]。例如:IF语句的下一行不向右缩进,在Python编程语言中,缩进规是至关重要的一部分,相对于其他语言来说,Python编程语言最突出的特点是模块界限,这主要是每行的首字符位置来决定的,但是其他语言,例如C语言等,则是通过“{}”来对于模块界限进行确定。

1.2语言优点

Python编程语言的优点比较多,使用Python编程语言简单易学,Python编程语言可以免费使用,编程速度快,具有一定的可移植性和解释性,具备一定的拓展性和可嵌入性[5]。Python编程语言是一种简单的思想语言,具有良好阅读基础的Python编程员在对Python编程的阅读中,就像是在阅读英语一样,可以帮助编程员把握关键问题、解决问题,而不是研究语言本身。因为Python编程语言具有一定的简单性,清楚明了,容易理解,所以学习Python编程语言难度也相对低一些,在Python编程语言中,包含说明文档,能够帮助理解[6]。Python编程语言底层通过C语言编写,很多标准款、第三方库都是借助C语言进行编写,所以运行速度比较快。此外,Python编程语言也是FLOSS的重要组成部分,应用这可以自由软件拷贝,对相应源代码进行阅读和改动,且能够将其应用到软件中。开源本质让Python编程语言可以被移植到更多的平台中。Python编程语言是编译性语言,能够将源文件转换到用户计算机所使用的语言中。这一过程通过编译器和不同标记、选项等共同完成。在对程度进行运行中,连接软件对用户程序复制和内存运行都有一定帮助。借助Python编程语言编写的程序不需要进行二进制编译就可以在源代码中进行相应程序的运行。计算机内部,Python编程语言解释器可以将源代码进行转换,使其成为字节码中间形式,再将其翻译成计算机语言运行,能够让Python编程语言应用变得更加简单,程序移植也更加简单。Python编程语言支持面向过程编辑,也能够支持面向对象编程,在向过程中语言中,程序通过过程或使用重用代码函数构建。在面向对象语言中,Python编程语言包含功能和数据组合对象。Python编程语言的可拓展性能够让语言嵌入其他语言中,可以提供必要的基本功能。

2基于Python的混合语言编程

2.1混合语言编程软件结构框架

Python编程语言应用到混合语言编程中,一种是进行拓展,另一种是通过嵌入来实现。其中,拓展是通过从C语言实现对Python的拓展,需要从相应编程语言中进行对应模块功能的调取和应用。而嵌入的实现主要是通过Python解释器来实现的,通过Python解释器在相应程序中应用来实现,这样相应的应用程序可以解释Python的脚本程序,确保编程目标的实现。

2.2典型程序结构

在C语言源程序中,Python拓展模块具备一定的代表性,例如:Python.h头文件,文件在Python的所有内部数据结构以及函数原型都可以进行定义;但是同时也需要定义一个例外对象,这一个对象主要是针对例外对象来说的。这一模块主要是对函数的实现方式进行定义,通过函数来将参数表示的Python对象进行转换,使其如何C语言程序的格式要求,在处理好格式后,转换成Python对象,最后传回Python解释器。如果这一过程中出现异常问题,则可以借助已经设定的例外对象实现返回。在源程序中,需要对拓展模块定义的函数名以及函数实现对应关系列表,以此来实现相应拓展模块的函数初始化操作。除了一般的手工代码编写途径,还能选择通过自动化工作来实现,可以借助SWIG,通过对现有的代码进行扫描,自动生成需要的代码,这样做也可以在一定程度上促进遗留代码转化效率提升。现阶段,SWIG在很多大型科学计算项目开发中都有很好的应用效果。相对于一般模块化的拓展来说,Python中嵌入应用程序,可以结合具体的嵌入目的差异来实现,为用户提供多种选择,这些嵌入还会对应用程序专用拓展产生影响,所以,嵌入的实现相对更为繁琐,其主要原理则是通过Python提供的CAPI来实现数据格式转化,借助例外处理的方式来实现程序设计目标。

2.3Python与C/C++实现混合编程的程序设计要点

Python自身存在一定的不足,Ctypes是一个为Python准备的外部函数库,其提供兼容C的数据类型,并允许调用DLL或共享库中的函数。同时,通过它可以使用纯粹的Python包装这些函数库。下面就分享一部分Python与C/C++实现混合编程的程序设计。在vs2017新建一个空文件testpy3,新建文件test.c和math_test.py//test.c#include<Python.h>intmain(intargc,char*argv[]){//设定参数值inta=3;intb=6;//初始化Py_SetProgramName(argv[0]);Py_Initialize();//测试python3的打印语句PyRun_SimpleString("print('HelloPython!')\n");//执行import语句,把当前路径加入路径中,为了找到math_test.pyPyRun_SimpleString("importos,sys");PyRun_SimpleString("sys.path.append('./')");//测试打印当前路径PyRun_SimpleString("print(os.getcwd())");PyObject*pModule;PyObject*pFunction;PyObject*pArgs;PyObject*pRetValue;//importmath_testpModule=PyImport_ImportModule("math_test");if(!pModule){printf("importpythonfailed!!\n");return-1;}//对应math_test.py中的defadd_func(a,b)函数pFunction=PyObject_GetAttrString(pModule,"add_func");if(!pFunction){printf("getpythonfunctionfailed!!!\n");return-1;}if(!pModule){printf("importpythonfailed!!\n");return-1;}Py_Finalize();//方便查看while(1);return0;}通过Python与C/C++实现混合编程,用C或C++改写关键部分,可以提高运行速度。

3结语

就Python语言来看,其实面向对象的,Python可以提供类类继承、类的私有和公有属性、例外处理等完善的对面向对象方式的支持。和Java类似,Python程序在执行前,需要首先将其编译成字节码,借助虚拟机来制定。在Python内部,还设置有对列表、关联数组等数据结构,能够为程序设计提供必要的高级数据结构支持。Python在语法上也比较简单明了,学习操作都不难,且通过缩进来的程序块层次结构,这样可以防止使用块符号,在编写过程中,程序员必须要使用清晰统一的风格来写程序,能够促进程序可读性提升,可以适当减少系统程序的维护开销。此外,Python语言实际上只是为程序设计提供了一个编程语言需要的工鞥的最小内核,还有很多其他的功能则需要拓展模块来实现。考虑到在设计中就需要兼顾拓展性,所以可以比较方便的使用C或C++语言来进行拓展模块相关功能的程序编写,也可以将Python解释器纳入到其他程序编程中。综合分析结果显示,Python作为混合式语言编程开发而言,是具有很强适用性的。

作者:卢绍兵 单位:云南工商学院