C/C++调用Python程序代码实现混合编程笔记教程

0、引言

        Python‌在基础开发、数据科学、人工智能、Web框架开发等领域具有广泛的支持工具和开发教程，极大的缩短了产品原型开发周期、降低了开发难度。

        有许多的功能，通过C/C++实现，非常的复杂并且不方便，但是Python可能就是几行代码就搞定了。

        为了避免处处重复造轮子，又希望在原先的C/C++通用轻松简单的实现一些功能，因此探索在C/C++中如何嵌入调用Python的API及应用程序非常有必要。

1、开发环境搭建

①、Python

        本文以当前最新的Python 3.13.3版本为例进行讲解，本教程的Python下载地址如下：

Download Python | Python.orghttps://www.python.org/downloads/

        由于Python的版本也一直在更新，如果找查阅到本教程时，最新版本已不是Python3.13.3，可以滑动找到Python的历史版本进行安装。

        并在安装完成后，建议通过终端命令行查询一下具体的版本信息：python --version

②、MinGW

        简单来说，MinGW是一个编译器，提供了gcc和g++编译工具，可以对C/C++程序代码编译调试。

        在之前的很多博客笔记文章中已经对MinGW进行了非常多的讲解了，如果对MinGW编译器有疑惑的，可以通过博主的如下笔记链接，搭建安装MinGW开发环境。

MinGW编译器任意版本使用配置经验教程-CSDN博客https://blog.csdn.net/weixin_49337111/article/details/140274770?spm=1001.2014.3001.5502

③、CMake

        CMake（Cross-platform Make）是一款开源的跨平台构建系统生成工具，广泛应用于C、C++、Fortran等编程语言的项目构建中。

        在VScode，可以直接安装VScode插件构建工具，即可实现在VScode中使用CMake。

        提醒：在一些环境中，可能无法正常使用CMake插件，需要下载最新的CMake程序软件才能辅助使用。

2、工程代码配置

        在上面的开发环境搭建好之后，当在程序代码中加入Python相关的头文件时，大概率会出现如下情况，找不到相关头文件，并且编译会直接报错。

        上面这个情况也就是说明，并没有和Python建立联系，需要我们自己将Python的路径加入到工程代码的配置中。

        通过python --path命令，即可找到python的实际安装路径

        python实际的文件所在路径，include包含了C/C++中需要使用的xxx.h头文件。

        在libs中提供的是_tkinter.lib、python3.lib、python313.lib

        如果在MinGW中不能直接使用xxx.lib库文件，要进行文件格式转换，对于没有接触过了开发者，可能处理起来较为麻烦，如有需要，可以访问博主在下面这篇文章中提到的方法。

Windows中xxx.dll动态链接库文件转xxx.a静态库文件-CSDN博客https://blog.csdn.net/weixin_49337111/article/details/147171368?sharetype=blogdetail&sharerId=147171368&sharerefer=PC&sharesource=weixin_49337111&spm=1011.2480.3001.8118

        如果觉得不方便，可以采取直接在Visual Studio程序中包含xxx.lib文件，同样可以实现C/C++中嵌入Python程序进行开发。

        在完成上面的操作后，即可创建C/C++工程了，然后配置CMakeLists.txt文件。博主在一系列试错了，最终成功运行的文件如下：

        CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.10.0)
project(convert VERSION 0.1.0 LANGUAGES C CXX)# 设置Python路径
set(PYTHON_INCLUDE_DIR "C:/Users/Administrator/AppData/Local/Programs/Python/Python313/include")
set(PYTHON_LIBRARY "C:/Users/Administrator/AppData/Local/Programs/Python/Python313/libs/python313.lib")# 添加可执行文件
add_executable(convert main.cpp)# 包含Python头文件目录
target_include_directories(convert PRIVATE ${PYTHON_INCLUDE_DIR})# 链接Python库
target_link_libraries(convert PRIVATE ${PYTHON_LIBRARY})# 在Windows上需要定义PYTHON_LIBRARY宏
if(WIN32)target_compile_definitions(convert PRIVATE PYTHON_LIBRARY)
endif()

        提醒：如果在Windows环境中，发现存在MSVC会和当前MinGW编译器混用，建议直接换更新版本的MinGW，经过反复试错，最终得出来的正确解决办法，惨痛的教训！！！

        在编译正常运行后，说明环境搭建完毕，工程配置正常，可以开始C/C++中正常调用Python进行开发了。

3、C/C++中调用Python

        对于在C/C++中如何使用Python的API接口，Python官方已经出来非常详细的教程，有需要的博客朋友可以访问如下链接对该教程参考学习。

        Python的C/C++外部扩展官方教程：

1. Embedding Python in Another Application — Python 3.13.3 documentationhttps://docs.python.org/3.13/extending/embedding.html

①、常用API接口

（1）初始化 Python 解释器

//用于初始化 Python 解释器，它会设置 Python 运行所需的环境，加载内置模块等。
void Py_Initialize(void);

（2）终止 Python 解释器

//程序结束时，要调用此函数来终止解释器，释放相关资源。
void Py_Finalize(void);

（3）命令行参数处理

//将 C/C++ 程序的命令行参数传递给 Python 解释器。
void PySys_SetArgv(int argc, char **argv);

（4）执行Python简单语句

//使用此函数接口可以在 C/C++ 代码中执行简单的 Python 语句。
int PyRun_SimpleString(const char *command);

（5）执行 Python 文件

//使用此函数接口，可以在C/C++代码中间接执行 Python 文件
int PyRun_SimpleFile(FILE *fp, const char *filename);

（6）导入 Python 模块

//此函数接口，可以实现导入 Python 模块。
PyObject* PyImport_ImportModule(const char *name);

（7）调用 Python 函数

//用于在 C/C++ 中调用 Python 的可调用对象（函数、方法、类等）。
PyObject* PyObject_CallObject(PyObject *callable, PyObject *args);

②、程序实例

（1）Python语句执行

//    C/C++测试 HTTP 请求和 HTML 解析功能效果如下：
#include <Python.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <stdexcept>class PythonHttpParser {
public:PythonHttpParser() {Py_Initialize();// 确保 requests 和 bs4 可用PyRun_SimpleString("import sys\n""try:\n""    import requests\n""    from bs4 import BeautifulSoup\n""except ImportError as e:\n""    print(f'Error: {e}')\n""    sys.exit(1)\n");}~PythonHttpParser() {Py_Finalize();}std::string fetch_title(const std::string& url) {PyObject *pFunc, *pArgs, *pResult;// 获取 main 模块PyObject* main_module = PyImport_AddModule("__main__");PyObject* global_dict = PyModule_GetDict(main_module);// 准备 Python 代码const char* code = "def get_page_title(url):\n""    try:\n""        response = requests.get(url)\n""        soup = BeautifulSoup(response.text, 'html.parser')\n""        return soup.title.string if soup.title else 'No title found'\n""    except Exception as e:\n""        return f'Error: {str(e)}'\n";PyRun_SimpleString(code);// 获取函数pFunc = PyDict_GetItemString(global_dict, "get_page_title");if (!pFunc || !PyCallable_Check(pFunc)) {throw std::runtime_error("Failed to get Python function");}// 准备参数pArgs = PyTuple_New(1);PyTuple_SetItem(pArgs, 0, PyUnicode_FromString(url.c_str()));// 调用函数pResult = PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);if (!pResult) {PyErr_Print();throw std::runtime_error("Python function call failed");}// 获取结果std::string result = PyUnicode_AsUTF8(pResult);// 清理Py_DECREF(pArgs);Py_DECREF(pResult);return result;}
};int main() {try {PythonHttpParser parser;std::string title = parser.fetch_title("https://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page");std::cout << "Page title: " << title << std::endl;} catch (const std::exception& e) {std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;return 1;}return 0;
}

        C/C++测试 HTTP 请求和 HTML 解析功能效果如下：

（2）Python代码文件调用

#include <Python.h>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>int main(int argc, char* argv[]) {// 初始化 Python 解释器Py_Initialize();// 创建一个 wchar_t** 数组来存储转换后的命令行参数wchar_t** wargv = (wchar_t**)malloc(argc * sizeof(wchar_t*));if (!wargv) {perror("Failed to allocate memory");Py_Finalize();return 1;}for (int i = 0; i < argc; ++i) {wargv[i] = Py_DecodeLocale(argv[i], nullptr);if (!wargv[i]) {perror("Failed to decode argument");for (int j = 0; j < i; ++j) {PyMem_RawFree(wargv[j]);}free(wargv);Py_Finalize();return 1;}}// 将转换后的参数传递给 PythonPySys_SetArgv(argc, wargv);// 指定要运行的 Python 脚本文件名const char* script_file = "../script.py";// 打开 Python 脚本文件FILE* fp = fopen(script_file, "r");if (!fp) {perror("Failed to open file");for (int i = 0; i < argc; ++i) {PyMem_RawFree(wargv[i]);}free(wargv);Py_Finalize();return 1;}// 运行 Python 脚本int result = PyRun_SimpleFile(fp, script_file);fclose(fp);// 释放分配的内存for (int i = 0; i < argc; ++i) {PyMem_RawFree(wargv[i]);}free(wargv);// 终止 Python 解释器Py_Finalize();return result;
}

        script.py

import sys# 打印接收到的命令行参数
print(f"Received arguments: {sys.argv}")# 检查是否包含 --help 参数
if "--help" in sys.argv:print("Usage: script.py [--input <file>] [--verbose]")

        程序执行结果：