C++与Python混合编程:Boost.Python的安装与使用

Boost库是一个可移植、提供源代码的C++库,作为标准库的后备,是C++标准化进程的开发引擎之一。Boost库由C++标准委员会库工作组成员发起,其中有些内容有望成为下一代C++标准库内容。在C++社区中影响甚大,是不折不扣的“准”标准库。
Boost由于其对跨平台的强调,对标准C++的强调,与编写平台无关。大部分boost库功能的使用只需包括相应头文件即可,少数(如正则表达式库,文件系统库等)需要链接库。但Boost中也有很多是实验性质的东西,在实际的开发中使用需要谨慎。
Boost库是为C++语言标准库提供扩展的一些C++程序库的总称。

简单来说,Boost 是一系列通用的 C++ 扩展库的集合。而 Boost.Python 则是这众多扩展库中的其中一个,它基于 C++ 代码提供了一套 Python 接口,可作为 C++ 与 Python 混合编程的桥梁。

Boost 库的安装
方式一:Boost 源码包
首先去 Boost 官网下载 Boost 库:下载地址
官方默认只提供 Boost 的源码包。大多数情况下(纯 C/C++ 开发),源码包就足够了,我们只需要在编译的时候引入相应的头文件即可。但如果你的程序需要以静态/动态链接库的形式引入某些包,就需要自己编译了。恰好 Boost.python 就是这样的需求,毕竟,你总不能指望直接在 python 代码中引用 C++ 源码吧!
我们一般会把 python 代码之外的所有 C/C++ 外挂编译成一个 .pyd 文件,这样就能直接在 python 代码中调用了。事实上,.pyd 文件就是一个拥有 python 接口的 .dll 文件。
Boost 源码包的目录结构如下:
boost_1_68_0
+---boost
+---doc
+---libs
+---more
+---status
+---tools
+---INSTALL
+---Jamroot
+---LICENSE_1_0.txt
+---boost.css
+---boost.png
+---boost-build.jam
+---boostcpp.jam
+---bootstrap.bat
+---bootstrap.sh
+---index.htm
+---index.html
+---rst.css

其中,boost 目录下是所有库的头文件(.hpp文件),libs 目录下则是所有库的具体实现(.cpp文件)。

方式二:Boost 预编译包
Boost 源码包如果要在本地完全编译,可能需要几个小时的时间。因此,为了方便使用,Boost 也推出了 Windows 下的 预编译版本。预编译包比起源码包多出一个子目录,用于存放已经编译好的静态库和动态库。

安装预编译版本 boost_1_68_0-msvc-14.0-32.exe 之后的目录结构如下:

boost_1_68_0
+---boost
+---doc
+---libs
+---lib32-msvc-14.0      # new
+---more
+---status
+---tools
+---INSTALL
+---Jamroot
+---LICENSE_1_0.txt
+---b2.exe                # new
+---bjam.exe              # new
+---boost.css
+---boost.png
+---boost-build.jam
+---boostcpp.jam
+---bootstrap.bat
+---bootstrap.log        # new
+---bootstrap.sh
+---index.htm
+---index.html
+---project-config.jam    # new
+---rst.css

其中,lib32-msvc-14.0 目录保存了所有编译好的静态库和动态库。需要注意的是,预编译版本对编译器种类、版本和目标位数(32/64)都有要求。在上述例子中,要使用这些库,必须用 msvc-14.0(即 Visual Studio 2015)且设置目标位数为 32 位。
不同版本的预编译包可以安装在同一个目录下,以支持不同的编译环境,这样就比较方便了。比如在上述例子中,如果还要支持 64 位,可以再下载一个 boost_1_68_0-msvc-14.0-64.exe,同样安装在当前安装目录下。这样安装目录下将多出一个 lib64-msvc-14.0 子目录,存放编译好的 64 位的库,其余目录和文件均不受影响。
预编译版本满足了偷懒的需求,但很难满足所有要求,因为有些库必须配合本地环境才能使用。比如 Boost.python 就必须配合本地的 Python 版本才能使用,因此本地编译 Boost 库这个基本技能还是必要的。下面我们还是以 Boost 源码包的使用为例进行介绍。
本地编译 Boost.python
在编译之前,需要确保本机已经安装了 Visual Studio 和 Python。
首先,我们使用命令行进入 Boost 源码包的安装目录,执行 bootstrap.bat 脚本,将会在当前目录下生成 b2.exe、bjam.exe、project-config.jam、bootstrap.log 四个文件。其中,b2.exe、bjam.exe 就是我们编译时要用到的命令了。这两个命令的作用是一样的,bjam 是老版本,b2 是升级版本。

下面就可以开始编译 Boost.python 了,笔者在本机所使用的命令如下:
b2.exe --with-python stage --stagedir="./bin/lib32-msvc-14.0" link=static address-model=32

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