不懂這幾個問題就落后了：Python、Android開發者必讀！

Android 平台的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平台運行起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，支持多種腳本語言，除此之外，還可以使用一個叫QPython的app，可以直接在Android上編寫以及運行Python代碼。但其實意義不大，寫好的Python代碼並不是以一個獨立的app進程運行的，只不過是在QPython這個應用中運行而已。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平台使用Java與Python代碼相互調用，換言之，就是如何在Android工程中嵌入一個Python解釋器。

首先談一點，為什么要在Android平台使用Python？Python擁有眾多強大的第三方庫和框架，在機器學習、大數據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，既可面向過程亦可面向對象，而不像Java一樣，是一種純粹的面向對象語言，哪怕打印一句話也需要先創建類。Python作為一種腳本語言，可以邊解釋邊執行，而不需編譯，另外Python中存在的元類，可以使我們動態的創建類，如此可以在不需要重新編譯安裝apk的情況下，動態的由遠程服務端為Android項目添加功能。我們還可以將Python已有的一些東西移植到Android平台，例如tornado、django等，總之玩法多多。

在Android平台，官方並不支持直接使用Python開發app，基於虛擬機的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，尤其是在程序界面的表現上，典型的反例就是kivy。什么是kivy，可自行了解，但要解決Android平台上Java與Python的交互，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平台上的kivy實現機制即可。但是，kivy使用的是Cython解釋器，非CPython解釋器，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借助Java的jni機制，實現Python與Java的交互。即在一個安卓apk工程中包含一個cython.so解釋器，通過jni機制調用解釋器去解釋執行Python代碼，通過Java調C，C調Python實現交互。有一點需要說明，Python作為一門膠水語言，Python與C的交互是非常方便的，因此才能實現這一系列調用。

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關於該種方案，已有國外網友實踐，原理如下

 

鏈接地址

除此之外，本博客將通過另外兩種方案實現。其中第一種類似上述方案，但集成CPython解釋器，非Cython，因此需要掌握如何實現Python與C的交互。

Python與C交互基礎

C調用Python

• 簡單使用
• 流程：
• 初始化Python解析器
• 執行Python代碼，字符串，對象或模塊。
• 關閉Python解析器。
• 創建一個.c源文件，代碼如下，創建一個pytest.py文件，實現一個printTime函數

#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函數直接運行代碼，還可以使用PyRun_SimpleFile函數運行一個Python腳本

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”)”)

• 調用Python函數
• 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 代碼

int main()
{
 PyObject * module_name,*module,*func,*dic;
 char * fun_name = "printTime";//需調用的Python函數名
 PyObject *resultValue;
 
 Py_Initialize();
 if (!Py_IsInitialized())
 {
 printf("Initialize failed");
 return -1;
 }
 
 //導入Python 模塊並檢驗
 module_name = Py_BuildValue("s", "pytest");
 module = PyImport_Import(module_name);
 
 
 if (!module)
 {
 printf("import test failed!");
 return -1;
 }
 
 //獲取模塊中的函數列表，是一個函數名和函數地址對應的字典結構
 dic = PyModule_GetDict(module);
 if (!dic)
 {
 printf("failed !
");
 return -1;
 }
 
 func = PyDict_GetItemString(dic, fun_name);
 if (!PyCallable_Check(func))
 {
 printf("not find %s
", fun_name);
 return -1;
 }
 
 int r;
 //獲取Python函數返回值，是一個元組對象
 resultValue = PyObject_CallObject(func, NULL);
 PyArg_ParseTuple(resultValue, "i", &r);
 printf("result :%d
", r);
 
 Py_DECREF(module);
 Py_DECREF(dic);
 Py_Finalize();
 return 0;
}

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• 基礎api
• C API 調用Python 對應PyImport_ImportModelimport modulePyImport_ReloadModulereload(module)PyImport_GetModuleDictmodule.__dict__PyDict_GetItemStringdict[key]PyDict_SetItemStringdict[key] = valuePyDict_Newdict = {}PyObject_GetAttrStringgetattr(obj, attr)PyObject_SetAttrStringsetattr(obj, attr, val)PyObject_CallObjectfuncobj(*argstuple)PyEval_CallObjectfuncobj(*argstuple)PyRun_Stringeval(exprstr) , exec(stmtstr)PyRun_Fileexec(open(filename().read())
• Py_BuildValue()函數
• 作用：將C/C++類型類型的數據轉變成PyObject*對象。
• 原型：PyAPI_FUNC(PyObject*) Py_BuildValue(const char *format, …);
• 參數解釋：
• format及轉換格式，類似與C語言中%d,%f，后面的不定參數對應前面的格式，具體格式如下：
• “s”(string) [char *] ：將C字符串轉換成Python對象，如果C字符串為空，返回NONE。
• “s#”(string) [char *, int] :將C字符串和它的長度轉換成Python對象，如果C字符串為空指針，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類型的int轉換成Python int對象。
• “b”(integer) [char] :作用同”i”。
• “h”(integer) [short int] ：作用同”i”。
• “l”(integer) [long int] :將C類型的long轉換成Pyhon中的int對象。
• “c”(string of length 1) [char] ：將C類型的char轉換成長度為1的Python字符串對象。
• “d”(float) [double] :將C類型的double轉換成python中的浮點型對象。
• “f”(float) [float] :作用同”d”。
• “O&”(object) [converter, anything] ：將任何數據類型通過轉換函數轉換成Python對象，這些數據作為轉換函數的參數被調用並且返回一個新的Python對象，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：
• 后面為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函數
• 作用：此函數其實相當於sscanf(str,format,…),是Py_BuildValue的逆過程，這個函數將PyObject參數轉換成C/C++數據類型，傳遞的是指針，但這個函數與Py_BuildValue有點不同，這個函數只能解析Tuple元組，而Py_BuildValue函數可以生成元組，列表，字典等。
• 原型：PyAPI_FUNC(int) PyArg_ParseTuple(PyObject *args, const char *format,…)
• Args:一般為Python程序返回的元組。
• Foramt:與Py_BulidValue類型，就不在累述咯。
• 元組操作函數：
• 因為程序之間傳遞的參數，大多數為Tuple類型，所以有專門的函數來操作元組：
• PyAPI_FUNC(PyObject *)PyTuple_New(Py_ssize_t size);
• 解釋：新建一個參數列表（調試了下，發現其實是用鏈表實現的），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：設置該列表此位置的值。如PyTuple_SetItem(pyParams,1,Py_BuildValue(“i”,2));設置第2個位置的值為2的整數。
• 備注：對應的列表和字典也有對應的操作

更多的接口調用以及數據類型轉化，參照Python文檔

 

Python 調用C

Python調用C有兩種方式

• 使用ctypes模塊，Python文檔有詳細示例

 

• 使用C為Python編寫拓展模塊
• Python之所以如此強大，正是由於可以使用CC++為其編寫拓展模塊，手動編寫拓展模塊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，見其官方文檔
• 官網下載 windows包並解壓
• 使用vs創建空項目，並配置vs。右鍵當前項目，選擇屬性

 

• 現在使用C為Python創建一個叫user的拓展模塊，該模塊包含一個showHello函數：
• 分別創建三個文件
• user.i
• user.c
• user_wrap.c
• 在user.i中添加如下代碼

%module user
%inline %{
extern void showHello();
%}

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• user.c中添加

 
#include <stdio.h>
 
void showHello()
{
 printf("hello Python!
");
 
}

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• 右鍵user.i 文件並選擇屬性

 

• 點擊應用后如下圖，完成配置

 

• 右鍵當前項目，選擇屬性，完成如下配置，確定

 

• 最后生成即可（選擇工具欄 生成 –> 批生成）
• 創建測試代碼調用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文件為SWIG的接口文件，其中%module后面定義模塊名，用%inline定義方法列表

%inline %{
包含導出的函數
%}

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有了Python與C的交互基礎，則還需要Android中的NDK開發基礎，關於Android平台的jni調用，本文不在此處詳解，可看看我的JNI方面博客，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。