C语言嵌入Python实战指南（手把手教你用C语言扩展Python功能）

准备工作

在开始之前，请确保你的系统已安装以下组件：

• Python 3.x（建议3.6以上）
• GCC编译器（Linux/macOS）或 Visual Studio（Windows）
• Python头文件（通常通过 python3-dev 或 python3-devel 安装）

第一步：编写C扩展模块

我们以一个简单的例子开始：创建一个名为 math_utils 的C模块，其中包含一个计算两数之和的函数。

#include <Python.h>// C函数：计算两个整数之和static PyObject* add_numbers(PyObject* self, PyObject* args) {    long a, b;    // 解析传入的Python参数    if (!PyArg_ParseTuple(args, "ll", &a, &b)) {        return NULL;    }    // 计算结果并返回Python整数对象    return PyLong_FromLong(a + b);}// 方法表：将C函数映射为Python可调用的方法static PyMethodDef MathUtilsMethods[] = {    {"add", add_numbers, METH_VARARGS, "Add two integers."},    {NULL, NULL, 0, NULL}  // 结束标记};// 模块定义static struct PyModuleDef mathutilsmodule = {    PyModuleDef_HEAD_INIT,    "math_utils",   // 模块名    NULL,           // 模块文档（可选）    -1,    MathUtilsMethods};// 模块初始化函数PyMODINIT_FUNC PyInit_math_utils(void) {    return PyModule_Create(&mathutilsmodule);}

第二步：编译C模块

将上述代码保存为 math_utils.c，然后使用以下命令编译成Python可导入的动态链接库：

# Linux/macOSgcc -shared -fPIC -I$(python3-config --includes) math_utils.c -o math_utils$(python3-config --extension-suffix)# Windows（使用MSVC）cl /LD /I"C:\Python39\include" math_utils.c /link /LIBPATH:"C:\Python39\libs" /OUT:math_utils.pyd

第三步：在Python中使用C模块

编译成功后，你将得到一个 math_utils.so（Linux/macOS）或 math_utils.pyd（Windows）文件。现在可以在Python中直接导入并使用：

# test_math_utils.pyimport math_utilsresult = math_utils.add(10, 20)print(f"10 + 20 = {result}")  # 输出：10 + 20 = 30

常见问题与调试技巧

在进行C语言嵌入Python开发时，可能会遇到以下问题：

• 段错误（Segmentation Fault）：通常是因为未正确管理Python对象引用计数。务必使用 Py_INCREF 和 Py_DECREF。
• 找不到模块：确保编译后的文件与Python脚本在同一目录，或已加入 PYTHONPATH。
• 参数解析失败：检查 PyArg_ParseTuple 的格式字符串是否匹配传入参数类型。

进阶建议

掌握了基础后，你可以尝试更复杂的场景，例如：

• 处理NumPy数组（需包含 numpy/arrayobject.h）
• 创建自定义Python类（使用 PyTypeObject）
• 使用Cython自动转换Python代码为C扩展（简化开发流程）

通过本教程，你已经掌握了Python C API的基本用法。无论是为了提升性能还是集成现有C库，混合编程都为你打开了新世界的大门。快动手试试吧！