在Qt(C++)中与Python混合编程

一、PythonQt库

在Qt(C++)中与Python混合编程，可以使用PythonQt库。
网站首页：http://pythonqt.sourceforge.net
下载页面：https://sourceforge.net/projects/pythonqt/files/
只提供了源码下载，需自行编译。
版本要求：
其网站building页面上的要求：Qt 4.8.1以上，Python2.6以上
实际测试中得出的版本要求：Qt5.4以上，可以编译得到动态链接库（.so文件）；Python2.7.12，编译范例程序成功。
（备注：我的测试环境是操作系统 Ubuntu 16.04 64bit，PythonQt版本：3.2）

二、编译与安装

编译文档：http://pythonqt.sourceforge.net/Building.html
这里以Linux（Ubuntu系）为例，介绍一下编译安装方法。

1. 安装Qt

去Qt网站下载安装包，或者通过apt安装。安装完毕后，在命令行中执行qmake -v，查看输出信息，确认Qt已安装好。
注意：如果使用apt或者synaptic安装Qt，那么需要手动安装Qt的一些模块，例如multimedia等。以Qt5为例，其模块一般以libQt5为开头，可以用apt或synaptic搜索关键字安装。如果缺少模块，则编译时会报错提示。

2. 安装Python

用apt安装Python和Python-dev。Linux一般预装Python。
sudo apt install python python-dev

3. 编译

将下载的源码解压。进入解压目录，之后执行编译指令。假设解压目录为PythonQt

cd PythonQt
qmake
make all

编译可能需要花费几分钟，请耐心等待。
编译完成后，编译得到的库文件以及范例程序都在PythonQt/lib下。此时运行范例程序可能失败，需要先安装刚编译好的库。

4. 安装

所谓安装，是指让系统能够找到编译好的库文件。实现的方式有多种，这里介绍通过链接的方式安装。
首先确认系统中的库文件默认目录是什么。

cd /etc/ld.so.conf.d/
ls

可能列出一些配置文件，文件名是对应的目录，比如x86_64-linux-gnu.conf。用文本编辑器打开，就可以看到对应的完整目录。我的系统中默认库目录有
/lib/x86_64-linux-gnu
/usr/lib/x86_64-linux-gnu
这里，我选择/usr/lib/x86_64-linux-gnu这个目录安装。

# 进入PythonQt的目录
cd PythonQt
# 复制文件（文件名中的数字与版本有关，不一定和我一样）
sudo cp lib/libPythonQt-Qt5-Python2.7.so.3.2.0 /usr/lib/x86_64-linux-gnu
sudo cp lib/libPythonQt_QtAll-Qt5-Python2.7.so.3.2.0 /usr/lib/x86_64-linux-gnu
# 进入安装目录
cd /usr/lib/x86_64-linux-gnu/
# 创建链接
sudo ln -sf libPythonQt-Qt5-Python2.7.so.3.2.0 libPythonQt-Qt5-Python2.7.so
sudo ln -sf libPythonQt-Qt5-Python2.7.so.3.2.0 libPythonQt-Qt5-Python2.7.so.3
sudo ln -sf libPythonQt-Qt5-Python2.7.so.3.2.0 libPythonQt-Qt5-Python2.7.so.3.2
sudo ln -sf libPythonQt_QtAll-Qt5-Python2.7.so.3.2.0 libPythonQt_QtAll-Qt5-Python2.7.so
sudo ln -sf libPythonQt_QtAll-Qt5-Python2.7.so.3.2.0 libPythonQt_QtAll-Qt5-Python2.7.so.3
sudo ln -sf libPythonQt_QtAll-Qt5-Python2.7.so.3.2.0 libPythonQt_QtAll-Qt5-Python2.7.so.3.2
# 更新
sudo ldconfig

安装完成。运行PythonQt/lib下的范例程序（双击或命令行执行），如果可以运行，说明正常。

三、在Qt项目中使用PythonQt

可以看范例源码和官方文档学习。这里以Linux（Ubuntu系）环境为例，简单介绍一下使用方法。

1. 新建项目

使用QtCreator新建项目。

2. 准备库文件

需要将一些配置文件和PythonQt库的头文件复制到项目文件夹下（可以新建一个子文件夹）。假设项目目录为[PRJ]，PythonQt目录为[PYQ]。

cd [PRJ]
mkdir PythonQt
cp [PYQ]/src/PythonQt*.h PythonQt/
cp [PYQ]/build/*.prf ./
cp [PYQ]/lib/libPythonQt-Qt5-Python*.so* ./

其中.h是头文件，.prf是配置文件，.so是链接库。
头文件可以直接使用。配置文件需要修改，主要是修改相关目录。
说明：配置文件的注释方式是每行前加注释符号#。
以下是一种修改方式：
common.prf
将以下三行删除或注释掉：

CONFIG(debug, debug|release) { 
  TARGET = $${TARGET}_d 
}

将所有的$$PWD/../改为$$PWD/。

PythonQt.prf
删除或注释掉以下内容：

INCLUDEPATH += $$PWD/../src 

# check if debug or release 
CONFIG(debug, debug|release) { 
  DEBUG_EXT = _d 
} else { 
  DEBUG_EXT = 
}

修改

unix::LIBS += -L$$PWD/../lib -lPythonQt-Qt5-Python$${PYTHON_VERSION}$${DEBUG_EXT}

改为

unix::LIBS += -L$$PWD -lPythonQt-Qt5-Python$${PYTHON_VERSION}$${DEBUG_EXT}

3. 修改.pro文件

在项目.pro文件中加入以下内容：

include ( common.prf )
include ( PythonQt.prf )

INCLUDEPATH += PythonQt

4. 在代码中调用PythonQt

这个可以参考PythonQt的范例，然后慢慢摸索。
首先，引用头文件

#include "PythonQt.h"

在使用PythonQt时，首先要对PythonQt的单例对象进行操作。包括初始化，获取对象等。

// init PythonQt and Python
    PythonQt::init();

之后，获取__main__模块。

PythonQtObjectPtr mainModule;
// get the __main__ python module
    mainModule = PythonQt::self()->getMainModule();

为了能看到python程序中的打印信息，需要连接PythonQt单例对象信号，与你自己写的槽。

// connect output signals
    connect(PythonQt::self(), SIGNAL(pythonStdOut(const QString&)), this, SLOT(stdOut(const QString&)));
    connect(PythonQt::self(), SIGNAL(pythonStdErr(const QString&)), this, SLOT(stdErr(const QString&)));

第一个信号是向std::out的输出，第二个信号是std::err的输出。
之后就可以操作mainModule的方法来调用python代码了。当然，如果python代码里不需要输出，也可以不连接上述信号。

四、执行Python语句或脚本

按照上一节的说明初始化后，就可以执行Python语句或调用Python脚本了。

1. evalScript——执行少量语句

如果要调用的python代码只有单一一行语句或者少量几语句，可以使用evalScript函数。该函数的参数是要执行的指令，返回执行结果。

QVariant result1 = mainModule.evalScript("19*2+4", Py_eval_input);
QVariant result2 = mainModule.evalScript("len([1, 2, 3])", Py_eval_input);

其中"19*2+4"是python语句，第二个参数表示执行的是独立的python表达式。返回类型是QVariant，可以根据实际执行的语句，转换成具体的数据类型。比如这里可以用QVariant::toInt()转换成int，得到的结果分别是42和3。不熟悉的朋友请参考QVariant文档。
evalScript 可以用于定义函数，方便以后调用。例如：

mainModule.evalScript("def add(a, b):\n    return a+b");

这样就定义了一个Python中的函数，名为add，接受两个参数a和b，返回两个数的和。
后面第三部分介绍如何调用Python函数。

2. evalFile——执行脚本

如果需要使用Python实现较为复杂的功能，写在一个Python文件中比较方便。假设文件名为func.py。
Python文件的开头需要加入如下语句：

from PythonQt import *

在Qt项目中新建资源文件（.qrc文件），在资源文件中添加func.py，以便调用。调用方式为：

mainModule.evalFile(":/func.py");

调用时的文件路径与添加到资源文件时的前缀有关。注意evalFile没有返回类型，所以不能用于获得返回值，可以通过第四节所说的打印信息看到执行过程（如果Python程序中有输出语句的话）。如果是Qt GUI项目，也可以把执行结果显示在界面上，这一点在后面第四部分介绍。
执行过evalFile后，脚本中定义的函数可以在以后直接调用。所以可以把需要返回值的功能写在函数中，后续调用。调用方式见第三部分。

3. call——调用函数

前面介绍了，使用evalScript和evalFile都能定义Python函数。定义的函数会保存，之后可以在代码的任意位置调用。要调用这些函数，可使用call。例如第一点介绍中定义了一个Python中的函数，名为add，接受两个参数a和b，返回两个数的和。调用该函数的方法如下：

int a = 2;
int b = 3;
QVariant c = mainModule.call("add", QVariantList() << a << b);

call 的第一个参数是要调用的函数名称，用字符串表示；第二个参数是要调用的Python函数的参数，用一个QVariantList存放所有参数。这里，我们把a和b两个数传入。返回类型是QVariant，需要转换成具体类型。这里的c转换成整数后是5。

4. addObject——与Qt交互

如果Python程序需要与Qt中的对象交互，可以将继承自QObject的类型实例传入Python中。addObject就起到这个作用。
假设Qt GUI项目的mainwindow中有一个label，下面演示怎么通过Python改变label的文字。
首先将label传入Python（label的类型是QLabel，继承自QObject），并且赋予其一个在python中调用的变量名：

mainModule.addObject("label", ui->label);

这条语句将ui->label传入，并且在Python中可以用label这个变量名调用。
Python程序如下：

def changeLabelText(text):
    label.text = text

通过evalScript或者evalFile调用上述程序后，再用call调用。

mainModule.evalFile(":/func.py");
mainModule.call("changeLabelText", QVariantList() << QString("Hello"));
mainModule.call("changeLabelText", QVariantList() << QString("World"));

第一次调用将标签文字改为Hello，第二次调用改为World。
在Python中操作QObject对象时，要注意，使用的方法、函数、属性等要用Python语法进行。例如在Qt(C++)中改变标签文字的方法是

label->setText("Hello");

而在Python中，应该使用

label.text = 'Hello'

5. Python模块路径问题

既然使用Python，可能是要使用Python中成熟的库，例如用于科学计算的NumPy。如果在Python程序中写入：

import numpy as np

可能在使用PythonQt执行的时候报错，说找不到numpy模块。（当然是已安装的情况下，在Python或命令行中都运行正常。）这很可能是路径问题。
首先找到numpy的安装路径，例如/usr/lib/python2.7/dist-packages。然后在需要调用的Python文件中加入如下语句：

import sys
sys.path.append('/usr/lib/python2.7/dist-packages') # To use Numpy
import numpy as np

这样就可以正常导入NumPy模块了。

小结

以上介绍了PythonQt库的安装和使用方法。
更加复杂的功能，请参考PythonQt源码中的范例，以及网站上的文档。
开发者文档：http://pythonqt.sourceforge.net/Developer.html
源码中也有很多有用信息，关于一些API函数的调用，可以参考头文件中的注释。例如，关于上面介绍的evalScript等函数，可以参考PythonQtObjectPtr.h文件（可用Qt Creator内的切换功能快速定位）。