如何在C++中直接嵌入Python3.11字符串代码并获取返回值？

你可以通过Python C API的PyRun_String配合模块命名空间的方式，直接在内存中执行字符串形式的Python代码，无需写入文件，同时能获取函数返回结果。以下是具体实现方案：

核心思路 #

1. 初始化Python解释器；
2. 创建一个模块对象，将字符串形式的Python代码执行到该模块的命名空间中；
3. 从模块中提取目标函数（如main）并调用；
4. 处理函数返回的结果（如将Python列表转换为C++数组/容器）；
5. 清理资源并关闭解释器。

完整代码示例 #

#include <Python.h>
#include <vector>
#include <cstdio>

int main() {
    // 初始化Python解释器
    if (!Py_Initialize()) {
        fprintf(stderr, "Python解释器初始化失败\n");
        return 1;
    }

    // 定义内嵌的Python脚本字符串
    const char* python_script = R"(
def main():
    # 返回固定大小的Python列表（对应需求中的数组）
    return [10, 20, 30, 40, 50]
)";

    // 创建模块对象（使用__main__作为模块名，也可自定义）
    PyObject* pModule = PyImport_AddModule("__main__");
    if (!pModule) {
        fprintf(stderr, "创建模块失败\n");
        Py_Finalize();
        return 1;
    }

    // 获取模块的命名空间字典
    PyObject* pModuleDict = PyModule_GetDict(pModule);
    if (!pModuleDict) {
        fprintf(stderr, "获取模块命名空间失败\n");
        Py_DECREF(pModule);
        Py_Finalize();
        return 1;
    }

    // 执行Python字符串代码，将内容加载到模块命名空间
    PyObject* pExecResult = PyRun_String(python_script, Py_file_input, pModuleDict, pModuleDict);
    if (!pExecResult) {
        PyErr_Print(); // 打印Python侧的错误信息
        Py_DECREF(pModule);
        Py_Finalize();
        return 1;
    }
    Py_DECREF(pExecResult); // 执行脚本的返回值无需保留

    // 从模块中获取main函数
    PyObject* pMainFunc = PyDict_GetItemString(pModuleDict, "main");
    if (!pMainFunc || !PyCallable_Check(pMainFunc)) {
        fprintf(stderr, "无法获取可调用的main函数\n");
        if (PyErr_Occurred()) PyErr_Print();
        Py_DECREF(pModule);
        Py_Finalize();
        return 1;
    }

    // 调用main函数（无参数传递）
    PyObject* pFuncResult = PyObject_CallObject(pMainFunc, NULL);
    if (!pFuncResult) {
        PyErr_Print();
        Py_DECREF(pMainFunc);
        Py_DECREF(pModule);
        Py_Finalize();
        return 1;
    }

    // 将Python列表转换为C++ vector
    std::vector<int> cpp_array;
    if (PyList_Check(pFuncResult)) {
        Py_ssize_t list_size = PyList_Size(pFuncResult);
        for (Py_ssize_t i = 0; i < list_size; ++i) {
            PyObject* pItem = PyList_GetItem(pFuncResult, i);
            if (PyLong_Check(pItem)) {
                long value = PyLong_AsLong(pItem);
                cpp_array.push_back(static_cast<int>(value));
            } else {
                fprintf(stderr, "列表元素不是整数类型\n");
                Py_DECREF(pFuncResult);
                Py_DECREF(pMainFunc);
                Py_DECREF(pModule);
                Py_Finalize();
                return 1;
            }
        }
    } else {
        fprintf(stderr, "main函数未返回列表类型\n");
        Py_DECREF(pFuncResult);
        Py_DECREF(pMainFunc);
        Py_DECREF(pModule);
        Py_Finalize();
        return 1;
    }

    // 输出转换后的C++数组
    printf("从Python main()获取的数组：");
    for (int num : cpp_array) {
        printf("%d ", num);
    }
    printf("\n");

    // 清理Python对象资源
    Py_DECREF(pFuncResult);
    Py_DECREF(pMainFunc);
    Py_DECREF(pModule);
    // 关闭Python解释器
    Py_Finalize();

    return 0;
}

关键注意事项 #

• Python 3 API适配：你原来的PyString_FromString是Python 2的API，Python 3中需替换为PyUnicode_FromString；
• 引用计数管理：所有通过Python API创建的对象（除了部分借用引用的情况），都需要用Py_DECREF释放，避免内存泄漏；
• 编译链接：编译时需要链接Python库，以Linux为例：

  g++ -o embed_python embed_python.cpp $(python3.11-config --cflags --ldflags)
  

  Windows下需配置Python的include和lib路径，链接python311.lib；
• 参数传递：如果需要给main函数传参，可改用PyObject_CallFunction或PyObject_CallMethod，例如：

  // 传递两个整数参数给main
  PyObject* pArgs = PyTuple_Pack(2, PyLong_FromLong(100), PyLong_FromLong(200));
  PyObject* pFuncResult = PyObject_CallObject(pMainFunc, pArgs);
  Py_DECREF(pArgs);
  

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Krohnus Melavea