编者荐语
在进行 C/C++ 进行开发的时候，很多非核心的功能，可以使用 Python 进行实现，因此学习在 C/C++ 程序中如何调用 Python 程序也是非常有必要的。实现的方法有许多种，今天给大家介绍一种小编认为的最方便的方法。
文章将会介绍一种通过嵌入 Python 来丰富你的 C/C++ 应用程序的方法（Python/C API），这种方式会使您的应用程序能够在不改变程序原有功能的基础上，使用 Python 编程语言而不是 C/C++ 语言来实现应用程序的某些功能。
这种方式可以用于多种目的，主要目的是允许我们通过用 Python 编写一些脚本来根据需要定制应用程序（某些功能可以更容易地用 Python 编写）。当你嵌入 Python 时，主程序一般情况下与 Python 实现无关，应用程序的某些部分会在需要的时候调用 Python 解释器，运行一些我们编写的 Python 代码。所以，如果你需要嵌入 Python，那么你首先需要一个 C/C++ 主程序。
基本使用方法
Python 提供了一套 C API库，使得开发者能很方便地从C/ C++ 程序中调用 Python 模块，C++ 用户应该注意，尽管 API 是完全使用 C 来定义的，但头文件已将入口点声明为 extern “C”，因此 API 在 C++ 中使用此 API 不必再做任何特殊处理。
具体的文档参考官方指南：https://docs.python.org/3.9/extending/embedding.html
如果需要使用这个套API，我们需要引入一个头文件和一个库文件，以Cmake构建为例，我们需要在 CMakeLists.txt 中加入：
find_package (Python COMPONENTS Interpreter Development REQUIRED)
target_include_directories(${PROJECT_NAME} PRIVATE ${Python_INCLUDE_DIRS})
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE ${Python_LIBRARIES})
Windows环境下应该是需要保证如下两个环境变量的存在（暂未测试）。
然后我们就可以在 main.cpp 中引入相应的头文件了：
#include <Python.h>
之后，主程序要做的一件事就是是初始化 Python 解释器：
Py_Initialize();
当然，既然需要初始化解释器，作为可以在 C 语言中编写的代码，我们一般还需要对它进行释放（在不需要的时候）：
Py_Finalize();
现在我们变可以将需要运行的 Python 语句以字符串的形式传递给 Python 解释器：
PyRun_SimpleString("print("Hello world!")");
举个简单的栗子
此方法没办法进行数值的传递（暂不考虑转换为字符串传递，毕竟麻烦的同时接收数据也是一个大问题）：
1.初始化Python解释器；
2.以字符串的形式传递代码；
3.释放python解释器。
代码如下：
#define PY_SSIZE_T_CLEAN
#include <Python.h>
int main(int, char **)
{
Py_Initialize(); // 初始化python解释器
PyRun_SimpleString("import matplotlib.pyplot as plt"); // 运行python代码
PyRun_SimpleString("plt.plot([1,2,3,4], [12,3,23,231])");
PyRun_SimpleString("plt.show()");
Py_Finalize(); // 释放python解释器
};
结果如下：
显然，我们成功的在 C++ 程序中调用 Python 并绘制图像并显示了出来。
常用数据类型
在python中有一句话叫做“一切皆对象”，这句话可以结合源码更好的进行理解。
在python里，一切变量、函数、类等，在解释器中执行时，都会在在堆中新建一个对象，并将名字绑定在对象上。
在 C/C++ 中，所有的 Python 类型都被声明为 PyObject ，为了能够操作 Python 的数据，Python提供了各种数据类型和 C 语言数据类型的转换操作：
PyObject *object; // 创建python的object的指针
Py_DECREF(object); // 销毁object
1.数字与字符串处理
在 Python/C API 中提供了 Py_BuildValue() 函数对数字和字符串进行转换处理，使之变成Python中相应的数据类型。
PyObject* Arg = Py_BuildValue("(i, i)", 1, 2); //i表示创建int型变量
2.列表操作
在 Python/C API 中提供了 PyList_New() 函数用以创建一个新的 Python 列表。PyList_New() 函数的返回值为所创建的列表。
3.元组操作
在 Python/C API 中提供了 PyTuple_New() 函数，用以创建一个新的 Python 元组。PyTuple_New() 函数返回所创建的元组。
4.字典操作
在 Python/C API 中提供了 PyDict_New() 函数用以创建一个新的字典。PyDict_New() 函数返回所创建的字典。
5. cv::Mat 操作
cv::Mat应该是我们会经常使用的格式了，参考代码如下：
PyObject *cvmat2py(cv::Mat &image)
{
import_array();
int row, col;
col = image.cols; //列宽
row = image.rows; //行高
int channel = image.channels();
int irow = row, icol = col * channel;
npy_intp Dims[3] = {
row, col, channel}; //图像维度信息
PyObject *pyArray = PyArray_SimpleNewFromData(channel, Dims, NPY_UBYTE, image.data);
PyObject *ArgArray = PyTuple_New(1);
PyTuple_SetItem(ArgArray, 0, pyArray);
return ArgArray;
}
更多操作请参考：https://docs.python.org/zh-cn/3/c-api/arg.html#building-values
举个稍复杂一点的栗子
此方法可以进行进行数值的传递：
1.初始化Python解释器；
2.从C++到Python转换数据；
3.用转换后的数据做参数调用Python函数；
4.把函数返回值转换为C++数据结构；
5.释放python解释器。
C++代码如下：
#define PY_SSIZE_T_CLEAN
#include <Python.h>
#include <iostream>
int main(int, char **)
{
// 初始化python解释器
Py_Initialize();
if (!Py_IsInitialized())
{
return -1;
}
// 添加编译后文件的所在路径
PyRun_SimpleString("import sys");
PyRun_SimpleString("sys.path.append('./')");
// 要调用的python文件名
auto pModule = PyImport_ImportModule("common"); // 记得复制到编译后文件的路径下，同时不用加后缀名“.py“
if (!pModule)
{
std::cout << "Can't find your xx.py file.";
getchar();
return -1;
}
//获取模块中的函数
auto pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, "add"); //从字符串创建python函数对象
// 参数类型转换
PyObject *pArg = Py_BuildValue("ii", 1, 2);
//调用直接获得的函数，并传递参数
auto *py_result = PyEval_CallObject(pFunc, pArg);
int c_result;
// 将python类型的返回值转换为C类型
PyArg_Parse(py_result, "i", &c_result);
std::cout << "return: " << c_result << std::endl;
};
Python代码如下（命名为 common.py）：
def add(a, b):
print('a: ', a)
print('b: ', b)
return a + b
结果如下（代码中设置的 python 文件搜索路径为编译后的文件路径）：
这样比较简单的两个实现就完成了，更多操作请参考：https://docs.python.org/3.9/c-api/index.html#c-api-index
参考资料
1.https://blog.csdn.net/pipisorry/article/details/49532341
2.https://blog.csdn.net/qq_45401419/article/details/123562089
3.https://zhuanlan.zhihu.com/p/146874652