不懂這幾點就落後了：Android、Python工程師必讀！

Android 平臺的Python：

(本文以Python3爲例，Python3是未來，大家都懂的)
Python作爲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平臺運行起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平臺使用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，爲什麼要在Android平臺使用Python？Python擁有衆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，是一種純粹的面嚮對象語言，哪怕打印一句話也需要先創建類。Python作爲一種腳本語言，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爲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平臺，例如tornado、django等，總之玩法多多。

在Android平臺，官方並不支持直接使用Python開發app，基於虛擬機的Java（或kotlin）纔是更好的選擇，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。什麼是kivy，可自行了解，但要解決Android平臺上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平臺上的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藉助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作爲一門膠水語言，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

這裏寫圖片描述

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 !\n");
    return -1;
}

func = PyDict_GetItemString(dic, fun_name);
if (!PyCallable_Check(func))
{
    printf("not find %s\n", 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\n", 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_ImportModel import module
PyImport_ReloadModule reload(module)
PyImport_GetModuleDict module.dict
PyDict_GetItemString dict[key]
PyDict_SetItemString dict[key] = value
PyDict_New dict = {}
PyObject_GetAttrString getattr(obj, attr)
PyObject_SetAttrString setattr(obj, attr, val)
PyObject_CallObject funcobj(argstuple)
PyEval_CallObject funcobj(argstuple)
PyRun_String eval(exprstr) , exec(stmtstr)
PyRun_File exec(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，後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字符串爲空，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字符串爲空指針，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轉換成長度爲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，這些數據作爲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：
後面爲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:一般爲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：
因爲程序之間傳遞的參數，大多數爲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列表爲長度的寬度

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個位置的值爲2的整數。
備註：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
這裏寫圖片描述

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
這裏寫圖片描述

使用C爲Python編寫拓展模塊
Python之所以如此強大，正是由於可以使用C\C++爲其編寫拓展模塊，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
這裏寫圖片描述
現在使用C爲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()
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printf("hello Python!\n");

}
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右鍵user.i 文件並選擇屬性
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點擊應用後如下圖，完成配置
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右鍵當前項目，選擇屬性，完成如下配置，確定
這裏寫圖片描述
最後生成即可（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文件爲SWIG的接口文件，其中%module後面定義模塊名，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平臺的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。