修論がだんだん忙しくなってきた中の人です．研究でPythonからC++のコードをたたく必要が出てきたのでいろいろお試ししていたのですが，その際にいろいろ詰まったので書き残しておきます．
今回のコードはこちらに上げてあります．
1.PythonからC++をさわる
Python側からC++のコードを実行する方法はPython.hやSWIG，Boost.Python，pybind11など様々なものがあります(
参考1)．今回の研究で使用している環境(HLSツールや実行環境)の問題で，以下の制約がありました．
- 相互呼び出しの機能は不要(PythonからC++を実行できればOK)
- STLコンテナが使えない(≒std::vectorなどを使う必要がない)
- g++やCPythonに標準で入っているライブラリのみで行けると非常に楽
いろいろ調べた結果，とりあえずctypesを使ってみることにしました．
2.C++で共有ライブラリを作成する
今回は以下のC++コードをPythonから呼び出します．
// MAC_VEC.hpp
#include <cstdint>
namespace MAC_VEC{
template<typename data_t>
void mac_vec(uint32_t size, data_t a[], data_t x[], data_t b[], data_t y[]){
for(uint32_t i = 0; i < size; i++){
y[i] = a[i] * x[i] + b[i];
}
}
}
ctypesを使う場合テンプレートをそのまま呼び出すことはできないので，型を確定させるラッパーを作っておきます．
// MAC_VEC_WRAPPER.cpp
#include <cstdint>
#include "MAC_VEC.hpp"
extern "C" {
void MAC_VEC_FP32(uint32_t size, float a[], float x[], float b[], float y[]){
MAC_VEC::mac_vec<float>(size, a, x, b, y);
}
void MAC_VEC_INT16(uint32_t size, int16_t a[], int16_t x[], int16_t b[], int16_t y[]){
MAC_VEC::mac_vec<int16_t>(size, a, x, b, y);
}
void MAC_VEC_UINT32(uint32_t size, uint32_t a[], uint32_t x[], uint32_t b[], uint32_t y[]){
MAC_VEC::mac_vec<uint32_t>(size, a, x, b, y);
}
}
とりあえずfloat(fp32)，int16, uint32の3パターン準備しました．この時extern "C"をつけないと，コンパイラ側でシンボル名を書き換える操作を行うため，Python側から読めなくなることがあります(
参考2)．
この二つが準備できたら，g++で共有ライブラリ(.so)を生成します．
// generate_so.sh
g++ MAC_VEC_WRAPPER.cpp -shared -o MAC_VEC.so
コンパイルが通ると，MAC_VEC.soが生成されるはずです．
3.Pythonから動かす
先ほど作成したライブラリをPythonから動かしてみましょう．今回使用するctypesは，Python2.5から標準で入っているライブラリです．
// C_API_TEST.py
import ctypes
# load .so file
libc = ctypes.cdll.LoadLibrary("./MAC_VEC.so")
# define params and src/dst data
len_vec = 8
coef = 1.1
vec_x = [i * coef for i in range(len_vec)]
vec_a = [2 * coef for i in range(len_vec)]
vec_b = [(i - 8) * coef for i in range(len_vec)]
vec_y = [0 for i in range(len_vec)]
# define data type and convert method
len_vec_type = ctypes.c_uint32
data_type = ctypes.c_float
vec_type = data_type * len_vec
# convert list-type data
_len_vec = len_vec_type(len_vec)
_vec_x = vec_type(*vec_x)
_vec_a = vec_type(*vec_a)
_vec_b = vec_type(*vec_b)
_vec_y = vec_type(*vec_y)
# execution
libc.MAC_VEC_FP32(_len_vec, _vec_a, _vec_x, _vec_b, _vec_y)
# convert results to list-type
result = list(_vec_y)
print(result)
配列の型を宣言するあたりの作法で詰まりました．配列のデータ型×配列の要素数で表現し，アンパックしたlistを投げ込むことで変換できるようです．
実行すると，こんな感じの結果が得られました．
 |
| 実行結果．INT16とUINT32の結果も表示している． |
とりあえず正しい結果が得られているようです．
4. まとめ
今回はPythonからC++の生配列をいじってみました．ライブラリの追加も最小限で済み，割と簡単に動かすことができました．少し凝ったデータのやり取りをしようとすると大変かもしれないですが，C/C++標準のデータ型であれば十分に使えると思います．
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