CN106844062B - 一种在C++与Python模块间实现实时双向协助的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在C++与Python模块间实现实时双向协助的通信方法，该方法通过利用socket实现了通信的实时性，将C++模块作为服务端，Python模块作为客户端，从而实现了通信的双向性，并且客户端可以创建多个socket，使得Python模块与C++模块的交互更加灵活；同时，利用多线程技术实现了通信的协助性，Python模块的主线程用来接收C++模块的命令请求，Python模块的子线程用来处理相应的命令请求，而C++模块接收到这些命令请求后，根据预定义的命令处理表做出相应的处理。本发明的方法实现了C++模块和Python模块之间的相互的灵活调用，避免了使用SWIG来实现Python模块调用C++模块所带来的额外工作，可以大大提高程序的开发效率，适用于程序开发、测试等领域。

Description

一种在C++与Python模块间实现实时双向协助的通信方法

技术领域

本发明属于计算机应用程序转换研究领域，特别涉及一种在C++与Python模块间实现实时双向协助的通信方法。

背景技术

目前，由于C++支持面向对象机制、泛型编程机制、异常处理、运算符重载，具有成熟可靠高效的标准模板库(STL)，并且开发的程序执行效率高，所以C++被广泛地应用于计算机应用程序的开发。另外，Python是一种面向对象、解释型的计算机程序设计语言，它具有语法简单、跨平台、公用库多等特点，因此Python也得到了广泛的使用。但是，C++和Python均存在一定的缺点，例如C++语言本身复杂，学习周期比较长，公用库没有Python的公用库多，而Python是一门解释性语言，执行效率没有C++开发的程序高。通过Python的公用库，可灵活的获得大量的数据信息；将信息传递给C++程序，能具有更高的数据处理效率。

就目前的技术而言，C++能够单方面地调用Python功能模块，但是Python却不能单方面、直接地调用C++功能模块，Python可以通过间接的方法调用C++模块，但是这种间接调用是需要利用SWIG或者boost将C++功能模块封装为可以被Python调用的功能模块，这就增加了额外的工作量，不利于应用程序的开发。

因此，如果提供一种能够在C++功能模块和Python功能模块之间进行实时双向协助的通信方法，将大大提高程序开发的周期，具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种在C++与Python模块间实现实时双向协助的通信方法，该方法能够将C++的高效执行效率和Python的高效开发效率结合起来，大大地提高程序的开发效率，具有实时性、双向性、协助性和灵活性的优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种在C++与Python模块间实现实时双向协助的通信方法，包括步骤：

(1)初始化阶段：将C++模块设定为服务端，Python模块设定为客户端，在C++模块内创建若干个socket实例；在Python模块内创建若干个socket实例，其中一个socket实例位于主线程，其中若干个socket实例位于子线程，C++模块和Python模块之间的通信通过socket实现，同时在服务端预定义一对应Python模块反馈信息的命令处理表；

(2)在Python模块里面，位于主线程的socket实例实时接收C++模块的命令请求，并在接收到命令请求后唤醒相应的子线程，位于子线程的socket实例对命令请求做出处理；如果处理过程中需要做出信息反馈或者调用C++内某功能模块，则通过socket实例发送反馈信息到C++模块，否则子线程继续等待下次被唤醒；

(3)C++模块接收到上述反馈信息后，根据命令处理表做出响应；如果在做出响应过程中需要做出信息反馈或调用Python内某功能模块，则返回重复执行步骤(2)，否则处理结束，结束二者之间的通信；

(4)利用守护进程对服务端以及客户端进行状态监控，分别注册两个服务处理函数，用以对服务端和客户端的状态进行监控以及处理。

本发明的方法实现了C++模块和Python模块之间的相互的灵活调用，避免了使用SWIG来实现Python模块调用C++模块所带来的额外工作。

优选的，所述Python模块内创建有两个socket实例，一个socket实例位于主线程，用于接收C++模块的命令请求，另一个socket用于向C++模块做出信息反馈，其可嵌入到主线程外的任意需要反馈信息的函数里面。

更进一步的，对于Python模块，当位于主线程的socket实例还没有接收到命令请求时，该socket处于等待状态，子线程也处于等待状态，子线程的等待利用threading模块的Condition类来实现。

优选的，所述Python模块中socket实例发送或者接收的命令请求都是按照预定义格式的字符串，对于Python模块的socket接收的命令的格式是：“类名；函数名”或者“类名；函数名；字符串实参”。

更进一步的，在Python模块里面，子线程通过调用getattr()函数来进行命令处理，对于命令格式为“类名；函数名”的命令，其调用方式是getattr(object,name)()，对于命令格式为“类名；函数名；字符串实参”的命令，其调用方式是getattr(object,name)(param)，其中object是类的实例，name是对应类的实例的成员函数，param是调用函数所需要的参数。

更进一步的，所述类的实例object是预先添加到字典类型里面的，并且该字典是一个全局类型的字典，其键-值的类型是：类名的字符串-对应类的实例。

更进一步的，Python模块的socket接收的命令利用了Queue模块里面的Queue类来装载的。

优选的，所述C++模块中socket实例发送或者接收的命令请求都是按照预定义格式的字符串，对于C++模块的socket接收的命令的格式是：“操作标识符；”或者“操作标识符；字符串实参”。

优选的，所述预定义的对应Python模块反馈信息的命令处理表相当于switch-case的条件分支处理模块，不同的条件分支对应着预定义的不同的处理函数段，根据命令的不同而选择不同的处理函数段。

优选的，所述的守护进程是利用服务以及服务控制管理器来实现，处理步骤如下：

(4-1)将服务端和客户端创建为服务，将这两个服务与服务控制管理器关联，服务控制管理器对这两个服务的状态进行实时监控；

(4-2)分别设置服务端和客户端的服务处理函数；

(4-3)当服务控制管理器发现服务的状态发生改变的时候，会把对应的服务状态传输给对应的服务，并触发相应的服务处理函数。

守护进程是为了解决发现问题和异常处理问题的进程，分别的处理过程是：

对于发现问题的进程，当客户端请求开启服务端，在客户端中设置相应的服务状态，服务控制管理器检测到状态发生了改变，就触发服务端的服务处理函数，从而开启服务端；

对于异常处理问题的进程，服务控制管理器进行如下处理：

a、自定义相关的服务状态值，这些值是一些异常状态值；

b、对于服务端有可能发生异常的地方以及相关的异常处理块用try-catch括起来；

c、当发生异常的时候，会触发catch内部的代码，在catch内部代码中，设置上述的异常状态值；

d、服务控制管理器检测到这些异常状态值，会触发服务端的服务处理函数，在这个函数内部做相应的异常处理。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明通过利用socket实现了通信的实时性，将C++模块作为服务端，Python模块作为客户端，能够在C++功能模块和Python功能模块之间建立实时的通信机制，并且这种通信是双向的，C++模块能够向Python模块传递信息，同时Python模块也可以向C++模块传递信息，能够将C++的高效执行效率和Python的高效开发效率结合起来，大大地提高了程序的开发效率。

2、本发明能够在客户端多创建几个socket，以满足不同的信息反馈的需求，使得Python模块与C++模块的交互更加灵活。

3、本发明利用多线程技术实现了通信的协助性，Python模块的主线程用来接收C++模块的命令请求，Python模块的子线程用来处理相应的命令请求，而C++模块接收到这些命令请求后，根据预定义的命令处理表做出相应的处理，能够使得程序更加稳定

4、本发明的方法实现了C++模块和Python模块之间的相互的灵活调用，避免了使用SWIG来实现Python模块调用C++模块所带来的额外工作。

5、本发明通过利用守护进程对服务端和客户端的状态进行监控，解决了发现问题以及异常处理问题，提高了模块之间的可靠性。

附图说明

图1是本发明方法的运作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种在C++与Python模块间实现实时双向协助的通信方法中，将C++模块设定为服务端，Python模块设定为客户端，二者内部均创建有socket实例，之间的通信通过socket实现，二者之间的状态监控是通过守护进程实现的，下面对服务端、客户端以及守护进程的工作流程分别进行具体说明。

服务端：

即C++模块，只创建一个socket，而且命令的接收和发送都位于主线程，命令的处理也位于主线程中，服务端的socket创建以及相关处理步骤如下：

1、创建一个socket实例，绑定端口号，绑定处理函数function1，设置处理标记为接入标记，也就是当Python模块请求接入的时候，处理函数function1将会调用；

2、当Python模块请求接入，步骤1的处理函数将被调用，在该处理函数里面，接受Python模块的请求接入，并且绑定另一个处理函数function2，设置处理标记为输入标记和关闭标记，也就是当Python模块向C++模块发送输入命令或者请求关闭连接的时候，处理函数function2将会被调用；当Python模块没有请求接入的时候，处理函数function2等待Python模块的命令请求；

3、当Python模块请求接入的时候，步骤2的处理函数function2将会被调用，在处理函数function2内部预先定义了一个命令处理表，该命令处理表类似于条件分支的处理结构，判定函数根据请求命令的不同而做出不同的条件分支的选择，不同的条件分支对应着预定义的不同的处理函数段；

4、在步骤3里面的不同条件分支处理函数段里面，根据不同的需求，可以利用socket向Python模块发送信息反馈。

客户端：

即Python模块，内部创建了两个socket，一个socket位于主线程，用于接收C++模块发送的命令请求，另一个socket用于向C++模块反馈信息。对于位于主线程的socket以及子线程对命令的处理，其处理步骤如下：

1、主线程的socket位于一个处于无限循环的while循环中，并且调用socket的recv()函数，由于recv()函数是阻塞型的函数，也就是当recv()函数还没有接收到命令请求的时候，它会一直等待；

2、当主线程的socket接收到BREAK命令的时候，唤醒并退出子线程，同时也退出主线程，并关闭两个socket；

3、当主线程的socket接收到非BREAK命令的时候，将命令放入到类型为Queue的命令队列里面，并且唤醒子线程，让子线程从命令队列里面取出一个命令，并对这个命令进行处理；

4、子线程利用getattr()函数对命令的进行处理，其处理步骤如下：

1)以英文模式的分号“；”为分界线对命令进行分开；

2)判断被分开后命令的个数，如果命令个数为2个，则以getattr(object,name)()的调用形式处理该命令；如果命令的个数为3个，则以getattr(object,name)(param)的调用形式处理该命令，其中object是类的实例，也是被分开的命令的第一个命令，name是对应类的实例的成员函数，也是被分开的命令的第二个命令，param是调用函数所需要的参数，也是被分开的命令的第三个命令；

3)子线程在处理命令的时候，根据是否需要对C++模块进行反馈，可以利用另一个socket发送命令；

4)当子线程处理完命令后，继续等待下一条命令。

为了提高模块之间的稳定性，在客户端接收服务端发送过来的命令之前，设置一个传输监控功能，其实现原理如下：

1、在服务端与客户端之间设置一个共享状态变量；

2、在服务端准备向客户端发送命令之前，改变上述的共享状态变量；

3、在客户端中时刻检测共享状态变量，当发现共享状态变量被改变之后，等待一段时间，等待结束后，检测命令队列里面是否存在命令，如果不存命令，则要求服务端重新发送命令。

守护进程：

守护进程是为了解决发现问题和异常处理问题的进程，在Windows上是利用服务以及服务控制管理器(Service Control Manager)来实现，其处理步骤如下：

1、将服务端和客户端创建为服务，将这两个服务与服务控制管理器关联，服务控制管理器对这两个服务的状态进行实时监控；

2、分别设置服务端和客户端的服务处理函数；

3、当服务控制管理器发现服务的状态发生改变的时候，会把对应的服务状态传输给对应的服务，并触发相应的服务处理函数。

对于发现问题，当客户端请求开启服务端，在客户端中设置相应的服务状态，服务控制管理器检测到状态发生了改变，就会触发服务端的服务处理函数，从而开启服务端。

对于异常处理问题，服务控制管理器仍然可以触发服务处理函数，其处理步骤如下：

1、自定义相关的服务状态值，这些值是一些异常状态值；

2、对于服务端有可能发生异常的地方以及相关的异常处理块用try-catch括起来；

3、当发生异常的时候，会触发catch内部的代码，在catch内部代码中，设置上述的异常状态值；

4、服务控制管理器检测到这些异常状态值，会触发服务端的服务处理函数，在这个函数内部做相应的异常处理。

本实施例方法利用socket实现了通信的实时性，实现了C++模块和Python模块之间的相互的灵活调用，避免了使用SWIG来实现Python模块调用C++模块所带来的额外工作，在程序开发过程中，由于兼具了C++的高效执行效率和Python的高效开发效率，因此开发效率更高，可应用于软件开发设备、测试设备等场合。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在C++与Python模块间实现实时双向协助的通信方法，其特征在于，包括步骤：

(1)初始化阶段：将C++模块设定为服务端，Python模块设定为客户端，在C++模块内创建若干个socket实例；在Python模块内创建若干个socket实例，其中一个socket实例位于主线程，其中若干个socket实例位于子线程，C++模块和Python模块之间的通信通过socket实现，同时在服务端预定义一对应Python模块反馈信息的命令处理表；

(2)在Python模块里面，位于主线程的socket实例实时接收C++模块的命令请求，并在接收到命令请求后唤醒相应的子线程，位于子线程的socket实例对命令请求做出处理；如果处理过程中需要做出信息反馈或者调用C++内某功能模块，则通过socket实例发送反馈信息到C++模块，否则子线程继续等待下次被唤醒；

(3)C++模块接收到上述反馈信息后，根据命令处理表做出响应；如果在做出响应过程中需要做出信息反馈或调用Python内某功能模块，则返回重复执行步骤(2)，否则处理结束，结束二者之间的通信；

(4)利用守护进程对服务端以及客户端进行状态监控，分别注册两个服务处理函数，用以对服务端和客户端的状态进行监控以及处理。

2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述Python模块内创建有两个socket实例，一个socket实例位于主线程，用于接收C++模块的命令请求，另一个socket用于向C++模块做出信息反馈，其可嵌入到主线程外的任意需要反馈信息的函数里面。

3.根据权利要求2所述的通信方法，其特征在于，对于Python模块，当位于主线程的socket实例还没有接收到命令请求时，该socket处于等待状态，子线程也处于等待状态，子线程的等待利用threading模块的Condition类来实现。

4.根据权利要求3所述的通信方法，其特征在于，所述Python模块中socket实例发送或者接收的命令请求都是按照预定义格式的字符串，对于Python模块的socket接收的命令的格式是：“类名；函数名”或者“类名；函数名；字符串实参”。

5.根据权利要求4所述的通信方法，其特征在于，在Python模块里面，子线程通过调用getattr()函数来进行命令处理，对于命令格式为“类名；函数名”的命令，其调用方式是getattr(object,name)()，对于命令格式为“类名；函数名；字符串实参”的命令，其调用方式是getattr(object,name)(param)，其中object是类的实例，name是对应类的实例的成员函数，param是调用函数所需要的参数。

6.根据权利要求5所述的通信方法，其特征在于，所述类的实例object是预先添加到字典类型里面的，并且该字典是一个全局类型的字典，其键-值的类型是：类名的字符串-对应类的实例。

7.根据权利要求2所述的通信方法，其特征在于，Python模块的socket接收的命令利用了Queue模块里面的Queue类来装载的。

8.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，C++模块中socket实例发送或者接收的命令请求都是按照预定义格式的字符串，对于C++模块的socket接收的命令的格式是：“操作标识符；”或者“操作标识符；字符串实参”。

9.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述预定义的对应Python模块反馈信息的命令处理表相当于switch-case的条件分支处理模块，不同的条件分支对应着预定义的不同的处理函数段，根据命令的不同而选择不同的处理函数段。

10.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述的守护进程是利用服务以及服务控制管理器来实现，处理步骤如下：

(4-1)将服务端和客户端创建为服务，将这两个服务与服务控制管理器关联，服务控制管理器对这两个服务的状态进行实时监控；

(4-2)分别设置服务端和客户端的服务处理函数；

(4-3)当服务控制管理器发现服务的状态发生改变的时候，会把对应的服务状态传输给对应的服务，并触发相应的服务处理函数；

对于发现问题的进程，当客户端请求开启服务端，在客户端中设置相应的服务状态，服务控制管理器检测到状态发生了改变，就触发服务端的服务处理函数，从而开启服务端；

对于异常处理问题的进程，服务控制管理器进行如下处理：

a、自定义相关的服务状态值，这些值是一些异常状态值；

b、对于服务端有可能发生异常的地方以及相关的异常处理块用try-catch括起来；

c、当发生异常的时候，会触发catch内部的代码，在catch内部代码中，设置上述的异常状态值；

d、服务控制管理器检测到这些异常状态值，会触发服务端的服务处理函数，在这个函数内部做相应的异常处理。