QT(6.5) cmake构建C++编程，调用python （已更新：2024.3.23晚）

一、注意事项

explicit
c++中，一个参数的构造函数(或者除了第一个参数外其余参数都有默认值的多参构造函数)，承担了两个角色，构造器、类型转换操作符，
c++提供关键字explicit，阻止转换构造函数进行的隐式转换的发生，声明explicit的构造函数不能在隐式转换中使用。
c++ 函数前面和后面使用const 的作用
前面使用const 表示返回值为const；
后面加 const表示函数不可以修改class的成员；
const成员函数可以被非const对象和const对象调用；
非const成员函数只能被非const对象调用；
类外补充函数的定义要加作用域限定符::

二、重要知识：cmake
在QT中选择cmake方式构建c++项目，最好提前了解cmake相关知识，以方便理解如何导入外部库，推荐学习视频链接：B站：爱编程的大丙
重要细节：静态库的链接要放在add_executable之前

三、c++代码调用python步骤

设置python配置
CMakeList.txt文件中输入python文件的相关信息：头文件夹路径、库文件夹路径、需要连接的库文件名称（有没有.lib后缀都可）

include_directories(C:/programming/anaconda3/envs/pytorch/include)
link_directories(C:/programming/anaconda3/envs/pytorch/libs)
link_libraries(python3)
link_libraries(python38)

在这里插入图片描述
2. c++代码（.cpp）中调用python（注：下面代码中功函数invokePython的调用只可执行一次，再次调用程序会崩溃）

#include "My_Functions.h"
#include <QDir>
#include <Python.h>

My_Functions::My_Functions(QObject *parent) : QObject(parent){}
My_Functions:: ~My_Functions(){}

bool My_Functions :: invokePython(){
    QDir dir;
    const char* pythonFilePath = (dir.currentPath().append("/").append(dir.currentPath().split("/").last().split("-")[1])).toUtf8();
    Py_SetPythonHome(L"C:/programming/anaconda3/envs/pytorch");
    //调用前必须初始化python解释器
    Py_Initialize();
    if(!Py_IsInitialized()){qDebug()<<"初始化失败"; return 0;}

    // 将路径转换为Python对象
    PyObject *py_path_str = PyUnicode_FromWideChar(Py_DecodeLocale(pythonFilePath, NULL), -1);
    // 加载 python 脚本
    // 获取sys模块以进行项目.py文件的搜索
    PyObject *sys_module = PyImport_ImportModule("sys");

    // 获取sys.path
    PyObject *sys_path = PyObject_GetAttrString(sys_module, "path");
    if (!PyList_Check(sys_path)) {
        // sys.path不是列表，错误处理
        qDebug()<<"获取py搜索路径失败" ;

        // 释放python所用内存
        Py_Finalize();
        return 0;
    } else {
        // 将自定义路径添加到sys.path
        int appended = PyList_Append(sys_path, py_path_str);
        if (appended == -1) {
            // 错误处理
            qDebug()<<"添加py搜索路径失败" ;

            // 释放python所用内存
            Py_Finalize();
            return 0;
        }
    }


    PyObject *pModule = PyImport_ImportModule("onnxUse");
    if (pModule == NULL) {
        // 模块导入失败，处理错误
        qDebug() << "脚本加载失败";

        // 释放python所用内存
        Py_Finalize();
        return 0;
    } else {
        qDebug() << "脚本加载成功";
    }
    // 创建函数指针
    PyObject* pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, "detect_images");  // 方法名称
    if (pFunc == NULL) {
        // 函数导入失败，处理错误
        qDebug() << "函数创建失败";

        // 释放python所用内存
        Py_Finalize();
        return 0;
    }else {
        qDebug() << "函数创建成功";
    }

    // 调用有参函数
    // 创建函数参数
    // s 将C字符串转换成Python对象，如果C字符串为空，返回NONE
    // z: 类似于 s，但允许转换为 NULL（Python 的 None）
    // c 将C类型的char转换成长度为1的Python字符串对象
    // b: C unsigned char，将布尔值转换为 0 或 1
    // i 将一个C类型的int转换成Python int对象
    // k: C unsigned long，转换为无符号长整数
    // l 将C类型的long转换成Pyhon中的int对象
    // f 将C类型的float转换成python中的浮点型对象
    // d 将C类型的double转换成python中的浮点型对象
    // O 通用对象引用，接收任意 Python 对象而不转换
    // O!: 类型对象和转换标志，用于接收特定类型的 Python 对象
    // O&: 自定义回调函数，用于自定义对象转换
    // (ii)：两个 C 整型变量构成的元组或列表
    // [ii]：两个 C 整型变量构成的列表
    // {ss}：键值对都是 C 字符串的字典
    // #:s, #i, #d 等：带有长度指示的字符串、整数或浮点数
    // n: 接收 None，检查参数是否为 None

    // PyObject* args = Py_BuildValue("(i,s)", 110, "hello");  // 参数为整数 110 和字符串 "hello"
    // PyObject *result  = PyObject_CallObject(pFunc, args);

    // 调用无参函数
    PyObject *result  = PyObject_CallObject(pFunc, NULL);

    // 检查并处理有参函数调用的返回结果
    if (result  == NULL) {
        // 处理错误
        qDebug() << "函数调用失败";

        // 释放python所用内存
        Py_Finalize();
        return 0;
    } else {
        // 使用返回值
        qDebug() << "函数调用成功";

        // const char *result_str;
        // if (!PyArg_Parse(result, "s", &result_str)) {
        //     // 错误处理：无法将Python对象转换为字符串
        //     qDebug() << "函数返回值处理失败";

        //     // 释放python所用内存
        //     Py_Finalize();
        //     return 0;
        // } else {
        //     // 使用result_str
        // }
    }

    // 释放引用计数
    Py_DECREF(result);
    // // 释放参数元组
    // Py_DECREF(args);
    // 释放函数指针
    Py_DECREF(pFunc);
    // 不再需要模块时，减少引用计数
    Py_DECREF(pModule);
    // 释放python所用内存
    Py_Finalize();
    qDebug()<<"调用完成";
    return false;
}

局部多次调用python脚本
改造 invokePython 函数

bool My_Functions :: invokePython(){
    PyGILState_STATE gil_state;  // 用以保存获取的Global Interpreter Lock (GIL)
    gil_state = PyGILState_Ensure();  // 获取GIL，只有拥有GIL的线程才可以执行python代码
    PyObject *pModule = PyImport_ImportModule("onnxUse");
    if (pModule == NULL) {
        // 模块导入失败，处理错误
        qDebug() << "脚本加载失败";
        return 0;
    } else {
        qDebug() << "脚本加载成功";
    }
    // 创建函数指针
    PyObject* pFunc = PyObject_GetAttrString(pModule, "detect_images");  // 方法名称
    if (pFunc == NULL) {
        // 函数导入失败，处理错误
        qDebug() << "函数创建失败";
        PyErr_Print();
        return 0;
    }else {
        qDebug() << "函数创建成功";
    }

    // 调用无参函数
    PyObject *result  = PyObject_CallObject(pFunc, NULL);

    // 检查并处理有参函数调用的返回结果
    if (result  == NULL) {
        // 处理错误
        qDebug() << "函数调用失败";

        return 0;
    } else {
        // 使用返回值
        qDebug() << "函数调用成功";

        // const char *result_str;
        // if (!PyArg_Parse(result, "s", &result_str)) {
        //     // 错误处理：无法将Python对象转换为字符串
        //     qDebug() << "函数返回值处理失败";

        //     // 释放python所用内存
        //     Py_Finalize();
        //     return 0;
        // } else {
        //     // 使用result_str
        // }
    }
    // 释放引用计数
    Py_DECREF(result);
    // // 释放参数元组
    // Py_DECREF(args);
    // 释放函数指针
    Py_DECREF(pFunc);
    // 不再需要模块时，减少引用计数
    Py_DECREF(pModule);
    PyGILState_Release(gil_state);  // 释放GIL，释放前确保获取到了GIL，同时最好主动释放各计数，以防发生内存泄漏
    return false;
}

同时不要忘记初始化python解释器（注：整个程序只可初始化一次，结束程序前再释放，否则再次初始化程序会崩溃），下面是改造后的初始化函数
头文件：

#ifndef INVOKE_PYTHON_INIT_H
#define INVOKE_PYTHON_INIT_H
#include <QObject>
#include <Python.h>

class Invoke_Python_Init
{
public:
    Invoke_Python_Init();
    ~Invoke_Python_Init();
private:
    QString pythonDirectoryPath;
    bool init();
    void initPythonDirectoryPath();
    bool pythonDirectoryIsInit = false;
    bool pythonIsInited = false;
};

#endif // INVOKE_PYTHON_INIT_H

源码文件：

#include "invoke_python_init.h"
#include <qDebug>
#include <QDir>

Invoke_Python_Init :: Invoke_Python_Init() {init();}
Invoke_Python_Init :: ~Invoke_Python_Init() {
    // 释放python所用内存
    Py_Finalize();
    qDebug()<<"释放python解释器完成";
}

bool Invoke_Python_Init :: init() {
    initPythonDirectoryPath();
    if (!pythonDirectoryIsInit) {qDebug()<<"路径初始化失败" ; return 0;}
    Py_SetPythonHome(L"C:/programming/anaconda3/envs/pytorch");
    //调用前必须初始化python解释器
    Py_Initialize();
    if(!Py_IsInitialized()){qDebug()<<"python解释器初始化失败"; return 0;}

    // 将路径转换为Python对象
    PyObject *py_path_str = PyUnicode_FromWideChar(Py_DecodeLocale(pythonDirectoryPath.toLocal8Bit().constData(), NULL), -1);
    // 加载 python 脚本
    // 获取sys模块以进行项目.py文件的搜索
    PyObject *sys_module = PyImport_ImportModule("sys");

    // 获取sys.path
    PyObject *sys_path = PyObject_GetAttrString(sys_module, "path");
    if (!PyList_Check(sys_path)) {
        // sys.path不是列表，错误处理
        qDebug()<<"获取py搜索路径失败\n" ;
        return 0;
    } else {
        // 将自定义路径添加到sys.path
        int appended = PyList_Append(sys_path, py_path_str);
        if (appended == -1) {
            // 错误处理
            qDebug()<<"添加py搜索路径失败" ;
            return 0;
        }

        // 将sys.path转换为QStringList
        QStringList pythonPathList;
        // 遍历sys.path列表
        for (Py_ssize_t i = 0; i < PyList_Size(sys_path); ++i) {
            PyObject *path_item = PyList_GetItem(sys_path, i);
            // 将路径元素转换为QString
            QString path_str = QString::fromUtf8(PyUnicode_AsUTF8(path_item));
            // 添加到QStringList
            pythonPathList.append(path_str);
            // 减少引用计数
            Py_DECREF(path_item);
        }
        // 输出所有搜索路径到QDebug
        foreach (const QString &path, pythonPathList) {
            qDebug() << path<< "\n";
        }
    }
    PyEval_ReleaseThread(PyThreadState_Get());
    pythonIsInited = true;
    qDebug("Python解释器初始化成功");
    return true;
}
void Invoke_Python_Init :: initPythonDirectoryPath(){
    QDir dir;
    // 构建新的路径
    QString Path = dir.currentPath().append("/").append(dir.currentPath().split("/").last().split("-")[1]);
    // 将QString赋值给pythonFilePath
    pythonDirectoryPath = Path;
    pythonDirectoryIsInit = true;
}