TIOBE每个月都会新鲜出炉一份流行编程语言排行榜，这里会列出最流行的20种语言。排序说明不了语言的好坏，反应的不过是某个软件开发领域的热门程度。语言的发展不是越来越common，而是越来越专注领域。有的语言专注于简单高效，比如Python，内建的list，dict结构比c/c++易用太多，但同样为了安全、易用，语言也牺牲了部分性能。在有些领域，比如通信，性能很关键，但并不意味这个领域的coder只能苦苦挣扎于c/c++的陷阱中，比如可以使用多种语言混合编程。
我看到的一个很好的Python与C/C++混合编程的应用是NS3（Network Simulator3）一款网络模拟软件，它的内部计算引擎需要用高性能，但在用户建模部分需要灵活易用。NS3的选择是使用C/C++来模拟核心部件和协议，用python来建模和扩展。
这篇文章介绍Python和C/C++三种混合编程的方法，并对性能加以分析。
混合编程的原理
首先要说一下Python只是一个语言规范，实际上python有很多实现：CPython是标准Python，是由C编写的，python脚本被编译成CPython字节码，然后由虚拟机解释执行，垃圾回收使用引用计数，我们谈与C/C++混合编程实际指的是基于CPython解释上的。除此之外，还有Jython、IronPython、PyPy、Pyston，Jython是Java编写的，使用JVM的垃圾回收，可以与Java混合编程，IronPython面向.NET平台。
python与C/C++混合编程的本质是python调用C/C++编译的动态链接库，关键就是把python中的数据类型转换成c/c++中的数据类型，给编译函数处理，然后返回参数再转换成python中的数据类型。
python中使用ctypes moduel，将python类型转成c/c++类型
首先，编写一段累加数值的c代码：
extern "C"
{
int addBuf(char* data, int num, char* outData);
}
int addBuf(char* data, int num, char* outData)
{
for (int i = 0; i < num; ++i)
{
outData[i] = data[i] + 3;
}
return num;
}
然后，将上面的代码编译成so库，使用下面的编译指令
>gcc -pthread -fno-strict-aliasing -g -O2 -DNDEBUG -g -fwrapv -O3 -Wall -Wstrict-prototypes -fPIC addbuf.c -o addbuf.o
最后编写python代码，使用ctypes库，将python类型转换成c语言需要的类型，然后传参调用so库函数：
from ctypes import * # cdll, c_int
lib = cdll.LoadLibrary('libmathBuf.so')
callAddBuf = lib.addBuf
num = 4
numbytes = c_int(num)
data_in = (c_byte * num)()
for i in range(num):
data_in[i] = i
data_out = (c_byte * num)()
ret = lib.addBuf(data_in, numbytes, data_out) #调用so库中的函数
在C/C++程序中使用Python.h，写wrap包装接口
这种方法需要修改c/c++代码，在外部函数中处理入/出参，适配python的参数。写一段c代码将外部入参作为shell命令执行：
#include <Python.h>
static PyObject* SpamError;
static PyObject* spam_system(PyObject* self, PyObject* args)
{
const char* command;
int sts;
if (!PyArg_ParseTuple(args, "s", &command)) //将args参数按照string类型处理，给command赋值
return NULL;
sts = system(command); //调用系统命令
if (sts < 0) {
PyErr_SetString(SpamError, "System command failed");
return NULL;
}
return PyLong_FromLong(sts); //将返回结果转换为PyObject类型
}
//方法表
static PyMethodDef SpamMethods[] = {
{"system", spam_system, METH_VARARGS,
"Execute a shell command."},
{NULL, NULL, 0, NULL}
};
//模块初始化函数
PyMODINIT_FUNC initspam(void)
{
PyObject* m;
//m = PyModule_Create(&spammodule); // v3.4
m = Py_InitModule("spam", SpamMethods);
if (m == NULL)
return;
SpamError = PyErr_NewException("spam.error",NULL,NULL);
Py_INCREF(SpamError);
PyModule_AddObject(m,"error",SpamError);
}