多线程C语言中嵌入运行Python脚本

发布网友 发布时间：2024-10-23 11:28

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热心网友 时间：2024-11-03 02:16

本文阐述了在 C 语言的多线程环境中如何嵌入并运行 Python 脚本的实现方法。

产生这一需求的具体场景：

Initialization, Finalization, and Threads — Python 3.12.2 documentation

Python 线程安全

Python 代码通常通过 Python 解释器执行，但解释器本身并不具备线程安全性。为此，Python 提供了全局解释器锁（GIL），以确保同一时间只有一个线程可以操作 Python 对象或调用 Python/C API 函数。GIL 在进行 I/O 阻塞操作时会释放，以允许其他线程运行。

Python 解释器使用 PyThreadState 数据结构来存储线程相关数据，并通过全局变量保存当前线程的 PyThreadState 指针，可通过 PyThreadState_Get 接口获取。

一些多线程 Python 代码的内部处理机制：

具体到实际代码如下：

从这里可以看出，全局解释器锁用于保护指向线程状态数据的全局变量。

非 Python 创建的线程

当使用专用 Python API（如 threading 库）创建线程时，上述动作（持有或释放 GIL、存储或恢复线程状态指针）由库自动执行。当使用 C 语言创建线程时，默认情况下线程不持有 GIL，也没有线程状态结构。若需从这些线程中调用 Python 代码，需执行以下动作：

请注意，PyGILState* 函数假设只有一个全局解释器（由 Py_Initialize() 自动创建）。Python 支持创建额外的解释器（使用 Py_NewInterpreter()），但不能混合使用多个解释器与 PyGILState* API。

实现原理

C 语言的多线程中调用 Python C/API 接口执行 Python 脚本的方式有以下两种：

在下面的内容中，我们使用第 2 种方法，创建一个全局 Python 解释器以供所有线程使用。

代码

下面是实现的 C 语言代码：

下面是 Python 脚本代码：

下面是运行结果：

从运行结果中可以看出线程在不断轮换调用 Python 脚本，对变量进行增减操作。

Q&A 多 Python 环境选择问题

问题描述：在运行环境中，可能已存在其他版本的 Python 环境，且与 C 语言代码引用的 libpython 版本不匹配，从而引发 Python 版本兼容问题。

解决方法：在对 Python 进行初始化之前，先设置 Python 模块查找路径，使用以下接口：

实现代码：

错误日志输出

问题描述：在调用 Python C/API 时，错误信息通常使用 PyErr_Print() 直接打印，但在实际应用场景中，通常需要将错误日志输出到日志中。

解决方法：通过接口 PyObject *PyErr_Occurred() 检测 Python C/API 调用是否出错，若出错，则获取错误信息。

实现代码：