不懂這幾點就落後了：Android、Python工程師必讀！

CSDN學院發表於2020-04-04
AndroidPython工程師

文章轉自：血色--殘陽   （文末有彩蛋）

Android 平臺的Python：


(本文以Python3為例，Python3是未來，大家都懂的) 
Python作為一個功能強大又語法簡潔的語言，其應用已無需多言。要想在Android平臺執行起Python，也有方案實現，其實質就是在Android系統上搭建Python環境。對此Google已經提供了SL4A(Scripting Layer for Android )方案，支援多種指令碼語言，除此之外，還可以使用一個叫QPython的app，可以直接在Android上編寫以及執行Python程式碼。但其實意義不大，寫好的Python程式碼並不是以一個獨立的app程式執行的，只不過是在QPython這個應用中執行而已。這兩者都不符合我現在要討論的東西，如題，筆者想要討論的是如何在Android平臺使用Java與Python程式碼相互呼叫，換言之，就是如何在Android工程中嵌入一個Python直譯器。

首先談一點，為什麼要在Android平臺使用Python？Python擁有眾多強大的第三方庫和框架，在機器學習、大資料處理等諸多方面都有不俗的應用。另外，就語法而言，Python比Java更加簡潔，同時又功能強大，既可程式導向亦可物件導向，而不像Java一樣，是一種純粹的面嚮物件語言，哪怕列印一句話也需要先建立類。Python作為一種指令碼語言，可以邊解釋邊執行，而不需編譯，另外Python中存在的元類，可以使我們動態的建立類，如此可以在不需要重新編譯安裝apk的情況下，動態的由遠端服務端為Android專案新增功能。我們還可以將Python已有的一些東西移植到Android平臺，例如tornado、django等，總之玩法多多。

在Android平臺，官方並不支援直接使用Python開發app，基於虛擬機器的Java（或kotlin）才是更好的選擇，其他語言是無法自如的使用官方Framework提供的api的，尤其是在程式介面的表現上，典型的反例就是kivy。什麼是kivy，可自行了解，但要解決Android平臺上Java與Python的互動，kivy確實是一個方向，而且是一個醍醐灌頂的方向。kivy實際上已經解決我們需要實現的目的，模仿Android平臺上的kivy實現機制即可。但是，kivy使用的是Cython直譯器，非CPython直譯器，需要學習Cython語法，並且在其他一些方面存在一些限制。kivy給我們提供的思路就是藉助Java的jni機制，實現Python與Java的互動。即在一個安卓apk工程中包含一個cython.so直譯器，通過jni機制呼叫直譯器去解釋執行Python程式碼，通過Java調C，C調Python實現互動。有一點需要說明，Python作為一門膠水語言，Python與C的互動是非常方便的，因此才能實現這一系列呼叫。

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關於該種方案，已有國外網友實踐，原理如下

這裡寫圖片描述

連結地址

除此之外，本部落格將通過另外兩種方案實現。其中第一種類似上述方案，但整合CPython直譯器，非Cython，因此需要掌握如何實現Python與C的互動。

Python與C互動基礎

C呼叫Python

  • 簡單使用 
    流程：

    • 初始化Python解析器
    • 執行Python程式碼，字串，物件或模組。
    • 關閉Python解析器。

    建立一個.c原始檔，程式碼如下，建立一個pytest.py檔案，實現一個printTime函式

    #include<Python.h>
int main()
{
    Py_Initialize();//初始化Python解析器
    if (!Py_IsInitialized())
    {
        printf("Initialize failed");
          return -1;
    }
    PyRun_SimpleString("print('hello C !')");
    PyRun_SimpleString("import pytest");
    PyRun_SimpleString("pytest.printTime()");
    Py_Finalize();/關閉Python解析器
    return 0;
}
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注意：除了用PyRun_SimpleString函式直接執行程式碼，還可以使用PyRun_SimpleFile函式執行一個Python指令碼 
原型：PyRun_SimpleFile(FILE *fp, const char *filename) ，由於版本差異，使用該方式可能會造成崩潰，推薦另一種替代方式 
PyRun_SimpleString(“execfile(“test.py”)”)

  • 呼叫Python函式 
    pytest.py

    import time

def printTime():
    print('invoke printTime:'+str(time.time()))
    return (1,)#元組只有一個元素時，需在末尾加逗號
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    C 程式碼

    int main()
{
    PyObject * module_name,*module,*func,*dic;
    char * fun_name = "printTime";//需呼叫的Python函式名
    PyObject *resultValue;

    Py_Initialize();
    if (!Py_IsInitialized())
    {
        printf("Initialize failed");
        return -1;
    }

    //匯入Python 模組並檢驗
    module_name = Py_BuildValue("s", "pytest");
    module = PyImport_Import(module_name);


    if (!module)
    {
        printf("import test failed!");
        return -1;
    }

    //獲取模組中的函式列表，是一個函式名和函式地址對應的字典結構
    dic = PyModule_GetDict(module);
    if (!dic)
    {
        printf("failed !\n");
        return -1;
    }

    func = PyDict_GetItemString(dic, fun_name);
    if (!PyCallable_Check(func))
    {
        printf("not find %s\n", fun_name);
        return -1;
    }

    int r;
    //獲取Python函式返回值，是一個元組物件
    resultValue = PyObject_CallObject(func, NULL);
    PyArg_ParseTuple(resultValue, "i", &r);
    printf("result :%d\n", r);

    Py_DECREF(module);
    Py_DECREF(dic);
    Py_Finalize();
    return 0;
}
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    基礎api

    C API 呼叫 Python 對應
    PyImport_ImportModel import module
    PyImport_ReloadModule reload(module)
    PyImport_GetModuleDict module.__dict__
    PyDict_GetItemString dict[key]
    PyDict_SetItemString dict[key] = value
    PyDict_New dict = {}
    PyObject_GetAttrString getattr(obj, attr)
    PyObject_SetAttrString setattr(obj, attr, val)
    PyObject_CallObject funcobj(*argstuple)
    PyEval_CallObject funcobj(*argstuple)
    PyRun_String eval(exprstr) , exec(stmtstr)
    PyRun_File exec(open(filename().read())

    • Py_BuildValue()函式 
      作用：將C/C++型別型別的資料轉變成PyObject*物件。

      原型：PyAPI_FUNC(PyObject*) Py_BuildValue(const char *format, …);

      引數解釋： 
      format及轉換格式，類似與C語言中%d,%f，後面的不定引數對應前面的格式，具體格式如下：

      “s”(string) [char *] ：將C字串轉換成Python物件，如果C字串為空，返回NONE。

      “s#”(string) [char *, int] :將C字串和它的長度轉換成Python物件，如果C字串為空指標，長度忽略，返回NONE。

      “z”(string or None) [char *] :作用同”s”。

      “z#” (stringor None) [char *, int] :作用同”s#”。

      “i”(integer) [int] :將一個C型別的int轉換成Python int物件。

      “b”(integer) [char] :作用同”i”。

      “h”(integer) [short int] ：作用同”i”。

      “l”(integer) [long int] :將C型別的long轉換成Pyhon中的int物件。

      “c”(string of length 1) [char] ：將C型別的char轉換成長度為1的Python字串物件。

      “d”(float) [double] :將C型別的double轉換成python中的浮點型物件。

      “f”(float) [float] :作用同”d”。

      “O&”(object) [converter, anything] ：將任何資料型別通過轉換函式轉換成Python物件，這些資料作為轉換函式的引數被呼叫並且返回一個新的Python物件，如果發生錯誤返回NULL。

      “(items)”(tuple) [matching-items] ：將一系列的C值轉換成Python元組。

      “[items]”(list) [matching-items] ：將一系列的C值轉換成Python列表。

      “{items}”(dictionary) [matching-items] ：將一系類的C值轉換成Python的字典，每一對連續的C值將轉換成一個鍵值對。

      例： 
      後面為PyObject的返回值

       Py_BuildValue("")None

 Py_BuildValue("i",123) 123

 Py_BuildValue("iii",123, 456, 789) (123, 456, 789)

 Py_BuildValue("s","hello") 'hello'

 Py_BuildValue("ss","hello", "world") ('hello', 'world')

 Py_BuildValue("s#","hello", 4) 'hell'

 Py_BuildValue("()")()

 Py_BuildValue("(i)",123) (123,)     

 Py_BuildValue("(ii)",123, 456) (123, 456)

 Py_BuildValue("(i,i)",123, 456) (123, 456)

 Py_BuildValue("[i,i]",123, 456) [123, 456]      Py_BuildValue("{s:i,s:i}", "abc",123, "def", 456) {'abc': 123, 'def': 456}

 Py_BuildValue("((ii)(ii))(ii)", 1, 2, 3, 4, 5, 6) (((1, 2), (3, 4)), (5, 6))
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    • PyArg_ParseTuple函式 
      作用：此函式其實相當於sscanf(str,format,…),是Py_BuildValue的逆過程，這個函式將PyObject引數轉換成C/C++資料型別，傳遞的是指標，但這個函式與Py_BuildValue有點不同，這個函式只能解析Tuple元組，而Py_BuildValue函式可以生成元組，列表，字典等。

      原型：PyAPI_FUNC(int) PyArg_ParseTuple(PyObject *args, const char *format,…)

      Args:一般為Python程式返回的元組。

      Foramt:與Py_BulidValue型別，就不在累述咯。

      元組操作函式： 
      因為程式之間傳遞的引數，大多數為Tuple型別，所以有專門的函式來操作元組：

      PyAPI_FUNC(PyObject *)PyTuple_New(Py_ssize_t size); 
      解釋：新建一個引數列表（除錯了下，發現其實是用連結串列實現的），size列表為長度的寬度

      PyAPI_FUNC(Py_ssize_t)PyTuple_Size(PyObject *); 
      解釋：獲取該列表的大小

      PyAPI_FUNC(PyObject )PyTuple_GetItem(PyObject , Py_ssize_t); 
      解釋：獲取該列表某位置的值

      PyAPI_FUNC(int) PyTuple_SetItem(PyObject ,Py_ssize_t, PyObject ); 
      解釋：設定該列表此位置的值。如PyTuple_SetItem(pyParams,1,Py_BuildValue(“i”,2));設定第2個位置的值為2的整數。 
      備註：對應的列表和字典也有對應的操作

更多的介面呼叫以及資料型別轉化，參照Python文件 
這裡寫圖片描述

Python 呼叫C

Python呼叫C有兩種方式

  • 使用ctypes模組，Python文件有詳細示例 
    這裡寫圖片描述

  • 使用C為Python編寫擴充模組 
    Python之所以如此強大，正是由於可以使用C\C++為其編寫擴充模組，手動編寫擴充模組的方式稍微有些繁瑣，可借用SWIG自動實現，簡潔快速。更多詳細的SWIG用法，見其官方文件 
    官網下載 windows包並解壓

    使用vs建立空專案，並配置vs。右鍵當前專案，選擇屬性 
    這裡寫圖片描述
    現在使用C為Python建立一個叫user的擴充模組，該模組包含一個showHello函式： 
    分別建立三個檔案 
    user.i 
    user.c 
    user_wrap.c

    在user.i中新增如下程式碼

    %module user
%inline %{
extern void showHello();
%}
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    user.c中新增

    
#include <stdio.h>

void showHello()
{
    printf("hello Python!\n");

}
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    右鍵user.i 檔案並選擇屬性 
    這裡寫圖片描述
    點選應用後如下圖，完成配置 
    這裡寫圖片描述
    右鍵當前專案，選擇屬性，完成如下配置，確定 
    這裡寫圖片描述
    最後生成即可（選擇工具欄 生成 –> 批生成）

    建立測試程式碼呼叫C驗證

    import user
user.show()
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    在Linux下則無需如此麻煩的配置，可直接使用命令

    On Unix the compilation of examples is done using the file Example/Makefile. This makefile performs a manual module compilation which is platform specific. Typically, the steps look like this (Linux):


% swig -python interface.i
% gcc -fpic -c interface_wrap.c -I/usr/local/include/python1.5
% gcc -shared interface_wrap.o $(OBJS) -o interfacemodule.so 
% python
Python 1.5.2 (#3, Oct  9 1999, 22:09:34)  [GCC 2.95.1 19990816 (release)] on linux2
Copyright 1991-1995 Stichting Mathematisch Centrum, Amsterdam
>>> import interface
>>> interface.blah(...)
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    此處.i檔案為SWIG的介面檔案，其中%module後面定義模組名，用%inline定義方法列表

    %inline %{
包含匯出的函式
%}
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有了Python與C的互動基礎，則還需要Android中的NDK開發基礎，關於Android平臺的jni呼叫，本文不在此處詳解，可看看我的JNI方面部落格，而此處我們需要使用Crystax NDK開發工具鏈，非官方NDK工具鏈，需自行下載。下一篇正式涉及Python for Android。

 

文末彩蛋：

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3.本期推薦教程：

課程名稱 課程連結 技術分類
一天掌握Scrapy爬蟲框架 https://edu.csdn.net/course/detail/9141 程式語言 > Python
【Python全棧】網路爬蟲體驗課 https://edu.csdn.net/course/detail/9163 程式語言 > Python
Django Web框架/Python最牛框架 https://edu.csdn.net/course/detail/9159 程式語言 > Python
一天掌握Python爬蟲 https://edu.csdn.net/course/detail/9143 程式語言 > Python
Linux視訊教程 https://edu.csdn.net/course/detail/9128 系統/網路/運維 > Linux
zabbix企業實戰應用 https://edu.csdn.net/course/detail/9124 系統/網路/運維 > Linux
Linux 實用講解+實操+面試題 https://edu.csdn.net/course/detail/9116 系統/網路/運維 > Linux
跟著王進老師學Web前端開發第四季：JavaScript語法基礎 https://edu.csdn.net/course/detail/9156 Web全棧 > JavaScript
華為工程師 ，帶你實戰C++(2018版) https://edu.csdn.net/course/detail/9122 程式語言 > C/C++
精通 S T L https://edu.csdn.net/course/detail/9153 程式語言 > C/C++

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