Issue #7117: Update float formatting testcases to match those in py3k.
[python.git] / Doc / extending / embedding.rst
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1 .. highlightlang:: c
4 .. _embedding:
6 ***************************************
7 Embedding Python in Another Application
8 ***************************************
10 The previous chapters discussed how to extend Python, that is, how to extend the
11 functionality of Python by attaching a library of C functions to it.  It is also
12 possible to do it the other way around: enrich your C/C++ application by
13 embedding Python in it.  Embedding provides your application with the ability to
14 implement some of the functionality of your application in Python rather than C
15 or C++. This can be used for many purposes; one example would be to allow users
16 to tailor the application to their needs by writing some scripts in Python.  You
17 can also use it yourself if some of the functionality can be written in Python
18 more easily.
20 Embedding Python is similar to extending it, but not quite.  The difference is
21 that when you extend Python, the main program of the application is still the
22 Python interpreter, while if you embed Python, the main program may have nothing
23 to do with Python --- instead, some parts of the application occasionally call
24 the Python interpreter to run some Python code.
26 So if you are embedding Python, you are providing your own main program.  One of
27 the things this main program has to do is initialize the Python interpreter.  At
28 the very least, you have to call the function :cfunc:`Py_Initialize`.  There are
29 optional calls to pass command line arguments to Python.  Then later you can
30 call the interpreter from any part of the application.
32 There are several different ways to call the interpreter: you can pass a string
33 containing Python statements to :cfunc:`PyRun_SimpleString`, or you can pass a
34 stdio file pointer and a file name (for identification in error messages only)
35 to :cfunc:`PyRun_SimpleFile`.  You can also call the lower-level operations
36 described in the previous chapters to construct and use Python objects.
38 A simple demo of embedding Python can be found in the directory
39 :file:`Demo/embed/` of the source distribution.
42 .. seealso::
44    :ref:`c-api-index`
45       The details of Python's C interface are given in this manual. A great deal of
46       necessary information can be found here.
49 .. _high-level-embedding:
51 Very High Level Embedding
52 =========================
54 The simplest form of embedding Python is the use of the very high level
55 interface. This interface is intended to execute a Python script without needing
56 to interact with the application directly. This can for example be used to
57 perform some operation on a file. ::
59    #include <Python.h>
61    int
62    main(int argc, char *argv[])
63    {
64      Py_Initialize();
65      PyRun_SimpleString("from time import time,ctime\n"
66                         "print 'Today is',ctime(time())\n");
67      Py_Finalize();
68      return 0;
69    }
71 The above code first initializes the Python interpreter with
72 :cfunc:`Py_Initialize`, followed by the execution of a hard-coded Python script
73 that print the date and time.  Afterwards, the :cfunc:`Py_Finalize` call shuts
74 the interpreter down, followed by the end of the program.  In a real program,
75 you may want to get the Python script from another source, perhaps a text-editor
76 routine, a file, or a database.  Getting the Python code from a file can better
77 be done by using the :cfunc:`PyRun_SimpleFile` function, which saves you the
78 trouble of allocating memory space and loading the file contents.
81 .. _lower-level-embedding:
83 Beyond Very High Level Embedding: An overview
84 =============================================
86 The high level interface gives you the ability to execute arbitrary pieces of
87 Python code from your application, but exchanging data values is quite
88 cumbersome to say the least. If you want that, you should use lower level calls.
89 At the cost of having to write more C code, you can achieve almost anything.
91 It should be noted that extending Python and embedding Python is quite the same
92 activity, despite the different intent. Most topics discussed in the previous
93 chapters are still valid. To show this, consider what the extension code from
94 Python to C really does:
96 #. Convert data values from Python to C,
98 #. Perform a function call to a C routine using the converted values, and
100 #. Convert the data values from the call from C to Python.
102 When embedding Python, the interface code does:
104 #. Convert data values from C to Python,
106 #. Perform a function call to a Python interface routine using the converted
107    values, and
109 #. Convert the data values from the call from Python to C.
111 As you can see, the data conversion steps are simply swapped to accommodate the
112 different direction of the cross-language transfer. The only difference is the
113 routine that you call between both data conversions. When extending, you call a
114 C routine, when embedding, you call a Python routine.
116 This chapter will not discuss how to convert data from Python to C and vice
117 versa.  Also, proper use of references and dealing with errors is assumed to be
118 understood.  Since these aspects do not differ from extending the interpreter,
119 you can refer to earlier chapters for the required information.
122 .. _pure-embedding:
124 Pure Embedding
125 ==============
127 The first program aims to execute a function in a Python script. Like in the
128 section about the very high level interface, the Python interpreter does not
129 directly interact with the application (but that will change in the next
130 section).
132 The code to run a function defined in a Python script is:
134 .. literalinclude:: ../includes/run-func.c
137 This code loads a Python script using ``argv[1]``, and calls the function named
138 in ``argv[2]``.  Its integer arguments are the other values of the ``argv``
139 array.  If you compile and link this program (let's call the finished executable
140 :program:`call`), and use it to execute a Python script, such as::
142    def multiply(a,b):
143        print "Will compute", a, "times", b
144        c = 0
145        for i in range(0, a):
146            c = c + b
147        return c
149 then the result should be::
151    $ call multiply multiply 3 2
152    Will compute 3 times 2
153    Result of call: 6
155 Although the program is quite large for its functionality, most of the code is
156 for data conversion between Python and C, and for error reporting.  The
157 interesting part with respect to embedding Python starts with ::
159    Py_Initialize();
160    pName = PyString_FromString(argv[1]);
161    /* Error checking of pName left out */
162    pModule = PyImport_Import(pName);
164 After initializing the interpreter, the script is loaded using
165 :cfunc:`PyImport_Import`.  This routine needs a Python string as its argument,
166 which is constructed using the :cfunc:`PyString_FromString` data conversion
167 routine. ::
169    pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, argv[2]);
170    /* pFunc is a new reference */
172    if (pFunc && PyCallable_Check(pFunc)) {
173        ...
174    }
175    Py_XDECREF(pFunc);
177 Once the script is loaded, the name we're looking for is retrieved using
178 :cfunc:`PyObject_GetAttrString`.  If the name exists, and the object returned is
179 callable, you can safely assume that it is a function.  The program then
180 proceeds by constructing a tuple of arguments as normal.  The call to the Python
181 function is then made with::
183    pValue = PyObject_CallObject(pFunc, pArgs);
185 Upon return of the function, ``pValue`` is either *NULL* or it contains a
186 reference to the return value of the function.  Be sure to release the reference
187 after examining the value.
190 .. _extending-with-embedding:
192 Extending Embedded Python
193 =========================
195 Until now, the embedded Python interpreter had no access to functionality from
196 the application itself.  The Python API allows this by extending the embedded
197 interpreter.  That is, the embedded interpreter gets extended with routines
198 provided by the application. While it sounds complex, it is not so bad.  Simply
199 forget for a while that the application starts the Python interpreter.  Instead,
200 consider the application to be a set of subroutines, and write some glue code
201 that gives Python access to those routines, just like you would write a normal
202 Python extension.  For example::
204    static int numargs=0;
206    /* Return the number of arguments of the application command line */
207    static PyObject*
208    emb_numargs(PyObject *self, PyObject *args)
209    {
210        if(!PyArg_ParseTuple(args, ":numargs"))
211            return NULL;
212        return Py_BuildValue("i", numargs);
213    }
215    static PyMethodDef EmbMethods[] = {
216        {"numargs", emb_numargs, METH_VARARGS,
217         "Return the number of arguments received by the process."},
218        {NULL, NULL, 0, NULL}
219    };
221 Insert the above code just above the :cfunc:`main` function. Also, insert the
222 following two statements directly after :cfunc:`Py_Initialize`::
224    numargs = argc;
225    Py_InitModule("emb", EmbMethods);
227 These two lines initialize the ``numargs`` variable, and make the
228 :func:`emb.numargs` function accessible to the embedded Python interpreter.
229 With these extensions, the Python script can do things like ::
231    import emb
232    print "Number of arguments", emb.numargs()
234 In a real application, the methods will expose an API of the application to
235 Python.
237 .. TODO: threads, code examples do not really behave well if errors happen
238    (what to watch out for)
241 .. _embeddingincplusplus:
243 Embedding Python in C++
244 =======================
246 It is also possible to embed Python in a C++ program; precisely how this is done
247 will depend on the details of the C++ system used; in general you will need to
248 write the main program in C++, and use the C++ compiler to compile and link your
249 program.  There is no need to recompile Python itself using C++.
252 .. _link-reqs:
254 Linking Requirements
255 ====================
257 While the :program:`configure` script shipped with the Python sources will
258 correctly build Python to export the symbols needed by dynamically linked
259 extensions, this is not automatically inherited by applications which embed the
260 Python library statically, at least on Unix.  This is an issue when the
261 application is linked to the static runtime library (:file:`libpython.a`) and
262 needs to load dynamic extensions (implemented as :file:`.so` files).
264 The problem is that some entry points are defined by the Python runtime solely
265 for extension modules to use.  If the embedding application does not use any of
266 these entry points, some linkers will not include those entries in the symbol
267 table of the finished executable.  Some additional options are needed to inform
268 the linker not to remove these symbols.
270 Determining the right options to use for any given platform can be quite
271 difficult, but fortunately the Python configuration already has those values.
272 To retrieve them from an installed Python interpreter, start an interactive
273 interpreter and have a short session like this::
275    >>> import distutils.sysconfig
276    >>> distutils.sysconfig.get_config_var('LINKFORSHARED')
277    '-Xlinker -export-dynamic'
279 .. index:: module: distutils.sysconfig
281 The contents of the string presented will be the options that should be used.
282 If the string is empty, there's no need to add any additional options.  The
283 :const:`LINKFORSHARED` definition corresponds to the variable of the same name
284 in Python's top-level :file:`Makefile`.