SWIG给C结构增加‘成员函数’

以前一直以为C不支持面向对象，为python写扩展真是太憋屈了，但是今天看了SWIG的文档，原来人家早就解决了这个问题。

由于之前看的是《Python科学计算》上面关于swig的简单介绍，上面说了如何在python中如何像类一样的使用C结构，但是也只是停留在如何使用结构的成员数据上，但是没有讲如何将C的函数封装成python的类方法的方法。相反由于C++有原生OOP的支持，固然swig直接可以将C++的类封装成python的类。所以我以前一直认为这时候只能用C++了。
但其实，还是读书读的少啊。swig这么强大的封装工具，这早就想到了。毕竟OO是一种思想，C照样能写出OO的代码来（多重继承和多态这种行么？）。

所以今天看到swig文档中关于%extend指令的介绍才感觉相见恨晚啊。

给C结构添加成员函数

C语言的OO通常都是写操作结构的接口函数，尽管SWIG为C++提供了直接的面向对象的类映射，C却没有。尽管如此SWIG还是提供了一个%extend指令，就是这个指令能够将C语言封装成支持OO的语言的接口。


向已定义的结构添加成员函数

具体的使用方法：

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typedef struct Vector {
    double x, y, z;
} Vector;

这样封装的话在python中只能这样调用：
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>>> v = Vector(1.0, 2.0, 3.0);

>>> v.x

>>> 1.0

但是这个类并没有成员函数，那如何给这个结构绑定函数，并封装成python类的成员函数呢？上%extend!
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// file : vector.i

%module modulename

%{
#include "vector.h"  // 这一部分会原封不动的复制到生成封装c源码中，是给C编译器看的
%}

%include "vector.h"  // 在这个.i文件中宏展开，让后面的函数知道结构定义
%extend Vector {     // 将里面的函数绑定到Vector结构，如果没有typedef的话要写成struct Vector

    // 类似C++的构造函数，但是要进行动态内存分配
    Vector(double x, double y, double z)
    {
        Vector * v;
        v = (Vector *)malloc(sizeof(Vector));
        v->x = x;
        v->y = y;
        v->z = z;
    }

    // 析构函数，将构造函数动态分配的内存释放掉。
    ~Vector()
    {
        free($self);
    }

    void print()
    {
        printf("Vector [%g, %g, %g]\n", $self->x, $self.y, $self->z);
    }
};

是的，通过上面的代码可以看出SWIG在模仿C++的语法，其中构造函数和析构函数就不多说了。$self是一个内置的变量，作用类似于C++中的this，也就是指向当前对象的指针。

%extend指令不仅定义了成员函数，而且还相当于在vector.i文件中对这些函数进行了声明，这样不仅C编译器会编译这些函数，SWIG也会处理这些函数生成接口代码。

这样我们在Python中就可以这样使用：

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>>> from vector import *

>>> v = Vector(1, 2, 3)

>>> v.print()
[1, 2, 3]

>>> del v  # 删除此对象的引用


在定义结构的时候直接添加成员函数

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// file : vector.i
%module modulename
%{
#include "vector.h"
%}
typedef struct Vector {
    double x, y, z;
    %extend {
        Vector(double x, double y, double z) { ... }
        ~Vector() { ... }
        ...
    }
} Vector;


使用已定义的函数作为结构的成员函数

如果在源代码中的实现文件中已经定义结构的接口函数（名称要按照swig的规定），则可以直接在结构定义中扩展这些函数。
例如如果我在实现文件中定义了如下几个函数

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// file : vector.c
#include "vector.h"
Vector * new_Vector(double x, double y, double z)
{
    Vector * v;
    v = (Vector *)malloc(sizeof(Vector));
    v->x = x;
    v->y = y;
    v->z = z;
    return v;
}

void delete_Vector(Vector * v)
{
    free(v);
}

void Vector_print(Vector * v)
{
    printf("Vector [%g, %g, %g]\n", $self->x, $self.y, $self->z);
}

然后我在*.i文件中给SWIG声明Vector类的时候就可以直接添加成员函数
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// file : vector.i
%module modulename
%{
#include "vector.h"
%}

typedef struct Vector {
    double x, y, z;
    %extend {
        Vector(int, int, int);  // 这个函数将会调用实现文件中的new_Vector()
        ~Vector();              // 将会调用delete_Vector()
        void print();           // 将调用Vector_print()
    }
};

这里感觉和C++很像了，有了`%extend`的struct就相当于直接在头文件中定义类（包括成员数据和成员函数），然后类成员函数的实现在实现代码中。

但是这里的命名是由要求的，因为在python中或者其他目标语言中调用成员方法是通过调用Vector_print来实现的，因此如果要认为定义成员函数，函数的名称也要符合这些规则。

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