我硬生生地把C代碼塞進了Python和Ruby！

▍很懶很操心

有一次，我在項目開發(fā)中想監(jiān)控某段空間數(shù)據的大小，即這段空間在MCU中非常有限，希望每個版本在集成軟件的時候都想獲取其使用了多少空間，防止某些愣頭青不珍惜內存，亂塞東西。而這段空間，我定義了一個神一樣的結構體映射到這個空間，即其他開發(fā)人員只要在結構體增加元素即可（我使用洪荒之力將宏定義發(fā)揮到淋漓盡致才做到的，至于怎么實現(xiàn)的細節(jié)就不在這個文章討論了，后續(xù)再寫篇文章裝裝X）。

計算這個結構體空間，要求：

1. 在軟件集成階段就獲得這個結構體大小，而不是MCU運行的時候；（自動執(zhí)行）

2. 計算這個結構體大小，不要增加刪除原程序代碼；（悄無聲息）

3. 方便集成工程師使用，不增加使用難度；（簡單易用）

4. 不因為人操作的原因，而導致計算結果不準確，即自動化執(zhí)行輸出結果。（無人為干擾）

總之，做這件事的目的是：每次集成的時候自動輸出結果（很懶），也不行交給其他小伙伴去手工計算，或者更改原來的結構代碼去計算這個空間，怕其亂來搞壞了原來的代碼（很操心）。

再總之：能讓電腦干的活，干嘛要讓人去干！

于是，我就突發(fā)奇想，寫個腳本唄。

那么啥子腳本可以計算C語言的結構體大??？

身為優(yōu)秀的“嵌入式”工程師，對這種將C語言“嵌入”到腳本中的事情肯定是要研究一番的。

Note：為了方便描述，我將具體項目細節(jié)和裝X的過程隱去，并將這個神一樣的結構體簡化為：

 typedef struct
 {
     unsigned char item_a[2];
     unsigned char item_b[3];
     unsigned char item_c[5];
     unsigned char item_d[8];
     unsigned char item_e[33];
     unsigned char item_fxxk[1];
     unsigned char item_fxxxk[2];
     unsigned char item_fxxk_any[55];
     // add items here...
 }typeStructData;

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▍將C/C++代碼嵌入Python

人生苦短，我用Python

溫馨提示，使用以下方法，請?zhí)崆鞍惭b：

1. Python
2. GCC（例如Windows上的MinGW）
3. 用pip安裝pyembedc（pip install pyembedc）

注意：Python的版本位數(shù)要跟GCC的對應，例如都選32位的。

方法1：Python調用exe方式

步驟：

1. 在一個臨時C文件里，編寫臨時main函數(shù)；

2. 用GCC構建編譯，生成exe；

3. 通過腳本（此處選擇Python）調用運行輸出結果；

4. 刪除臨時C文件和exe文件。

接上代碼看看

 // struct.h
 
 typedef struct
 {
     unsigned char item_a[2];
     unsigned char item_b[3];
     unsigned char item_c[5];
     unsigned char item_d[8];
     unsigned char item_e[33];
     unsigned char item_fxxk[1];
     unsigned char item_fxxxk[2];
     unsigned char item_fxxk_any[55];
 }typeStructData;

 import os
 
 c_main = r'''
 #include <stdio.h>
 #include "struct.h"
 int main(void)
 {
    printf("size: %d\n", sizeof(typeStructData));
    return 0;
 }
 '''
 def cal_struct_size():
     f_c_main = 'xxxxsizeofstructxxxx.c'
     f_run = 'xxxxsizeofstructxxxx.exe'
     with open(f_c_main, 'w') as f: f.write(c_main)
     gcc_compile = "gcc %s -o %s"%(f_c_main, f_run)
 
     os.system(gcc_compile)
     os.system(f_run)
     if os.path.exists(f_c_main): os.remove(f_c_main)
     if os.path.exists(f_run): os.remove(f_run)
 
 if __name__ == "__main__":
     cal_struct_size()

方法2：Python調用lib方式

總覺得用Python調用exe的方式有點low，再進一步，那就調用lib吧，例如調用.so內的函數(shù)或者變量。

步驟跟方法1類似：

1. 在一個臨時C文件里，編寫臨時main函數(shù)；

2. 用GCC構建編譯，生成lib（.so）；

3. 通過Python調用運行輸出結果；

4. 刪除臨時C文件。

Python調用lib庫有個好處，可以調用其里面的具體函數(shù)等。

 // struct.c
 
 #include <stdio.h>
 
 typedef struct
 {
     unsigned char item_a[2];
     unsigned char item_b[3];
     unsigned char item_c[5];
     unsigned char item_d[8];
     unsigned char item_e[33];
     unsigned char item_fxxk[1];
     unsigned char item_fxxxk[2];
     unsigned char item_fxxk_any[55];
 }typeStructData;
 
 int get_struct_size(void)
 {
     return sizeof(typeStructData);
 }

 import ctypes
 import os
 
 os.system('gcc -shared -Wl,-soname,struct -o struct.so -fPIC struct.c')
 
 struct_size = ctypes.cdll.LoadLibrary('./struct.so')
 
 def cal_struct_size():
     s = struct_size.get_struct_size()
 
     print("size: %d"%s)
 
 if __name__ == "__main__":
     cal_struct_size()
     # if os.path.exists('struct.so'): os.remove('struct.so')

貌似有個小問題，如果想在腳本里面刪除這個.so文件，會出現(xiàn)問題，因為沒有辦法unload這個.so。另外，關于這個話題，請參考：https://stackoverflow.com/questions/359498/how-can-i-unload-a-dll-using-ctypes-in-python

方法3：Python調用C源碼方式

調用exe和調用lib，都覺得很low，怎么辦，能不能直接插入C源碼呢？

那就用pyembedc吧，Python可以訪問C的變量，C也可以訪問Python的變量，是不是炫酷吊炸天。

例1，訪問C內部變量

 # callstruct_inline1.py
 
 from pyembedc import C
 
 struct_str = r'''
    typedef struct
    {
        unsigned char item_a[2];
        unsigned char item_b[3];
        unsigned char item_c[5];
        unsigned char item_d[8];
        unsigned char item_e[33];
        unsigned char item_fxxk[1];
        unsigned char item_fxxxk[2];
        unsigned char item_fxxk_any[55];
    }typeStructData;
    struct_size = sizeof(typeStructData);
 
 '''
 struct_size = 0
 struct_f = C(struct_str)
 print('size: %d\n'%struct_size)

例2，訪問C內部函數(shù)

 # callstruct_inline2.py
 
 from pyembedc import embed_c
 
 struct_str2 = r'''
    typedef struct
    {
        unsigned char item_a[2];
        unsigned char item_b[3];
        unsigned char item_c[5];
        unsigned char item_d[8];
        unsigned char item_e[33];
        unsigned char item_fxxk[1];
        unsigned char item_fxxxk[2];
        unsigned char item_fxxk_any[55];
    }typeStructData;
     
    int get_struct_size(void)
    {
        return sizeof(typeStructData);
    }
 '''
 struct_c = embed_c(struct_str2)
 print('size: %d\n'%struct_c.get_struct_size())

實際上，以上的操作，也是這個庫偷偷地調用了GCC來編譯C代碼的（只是不是顯式讓你看到而已），你不安裝對應版本的GCC也是做不到的。

順便說是，這個pyembedc有幾個方式：

Functionspyembedc.C(string) -> intpyembedc.inline_c(string) -> intpyembedc.inline_c_precompile(string) -> int

These functions will compile string containing the C/C++ code or directives (see below) and then link dynamically and run the code.

string is C/C++ code that can be used within a function. It can contain any valid C/C++ expression that your compiler will support.

The C function will automatically provide references to all local Python variables for use in your code to read or write as if they were basic types or arrays.

The inline_c and inline_c_precompile fucntion will not provide references to local Python variables and thus is faster and consumes less memory.

pyembedc.embed_c(string) -> cdllpyembedc.embed_c_precompile(string) -> cdll

These functions are used to compile code but not execute immediately. They return a CDLL object (see the CDLL python module) that can be executed later.

更多內容，請見：https://github.com/ftrias/pyembedc

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▍將C/C++代碼嵌入Ruby

生活詩意，我用Ruby

能把C代碼塞進Python，當然也能塞進Ruby。對于在Ruby上插入C源碼，給大家安利一個庫RubyInline。

Inline允許您在Ruby代碼中編寫外部代碼。它會自動確定相關代碼是否已更改，并僅在必要時進行構建。然后將擴展自動加載到定義擴展的類/模塊中。您甚至可以編寫額外的構建器，使您可以用任何語言編寫Inline代碼。使用Inline :: C作為Module，并在Module＃inline中查找所需的API。

RubyInline還有以下Features：

• 快速，輕松地內嵌在ruby腳本中的C或C ++代碼。

• 可擴展以與其他語言一起使用。

• 紅寶石和C基本類型之間的自動轉換* char，unsigned，unsigned int，char *，int，long，unsigned long

• inline_c_raw用于自動轉換不充分時。

• 僅當內聯(lián)代碼已更改時才重新編譯。

• 假裝是安全的。

• 僅需要標準的ruby庫，無需下載其他內容。

 require "inline"
 class MyTest
     inline do |builder|
         builder.c "
            long factorial(int max) {
                int i=max, result=1;
                while (i >= 2) { result *= i--; }
                return result;
            }"
         end
 end
 t = MyTest.new()
 factorial_5 = t.factorial(5)

 require 'inline'
 class MyTest
     inline(:C) do |builder|
         builder.include '<iostream>'
         builder.add_compile_flags '-x c++', '-lstdc++'
         builder.c '
            void hello(int i) {
                while (i-- > 0) {
                    std::cout << "hello" << std::endl;
                }
            }'
     end
 end
 t = MyTest.new()
 t.hello(3)
 

是不是很好玩，是不是很想試試？但是我告訴你，我在Windows上沒搞成功，但在Linux上搞起來了。應了網上某句話：想學Ruby，就用Linux吧，別在Windows上瞎折騰。話說回來，這個嵌入式C源碼的用法，個人感覺Ruby的比Python的簡潔直觀。該用哪種方法，看實際需要吧。更多內容，詳見：https://github.com/seattlerb/rubyinline

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▍總結

想將C/C++塞進腳本，需要借助GCC，它才是讓你裝逼讓你飛的前提條件。

本文授權轉載自公眾號“嵌入式軟件實戰(zhàn)派”，作者實戰(zhàn)派師姐

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