IronPython初体验

介绍

在 C＃ 程序中嵌入 IronPython 得到了很好的支持。在本教程中，我们将展示如何完成这个项目。
首先，我们将展示两个非常基本的例子，说明如何执行一个不导入任何模块的非常简单的脚本。然后，再展示如何执行使用模块的脚本。

在 C# 中执行 Python

第一个例子

我们来创建一个执行Python脚本的 C# 应用​​程序的简单例子。我们使用 Visual Studio 2017 C# 控制台应用程序模板创建一个新项目。我们称之为PythonScriptExecution1。完整的例子可以从我们的GitHub仓库获得：IronPythonTutorials / CSharpIntegration / PythonScriptExecution1。
项目创建完成后，我们使用 NuGet 包管理器添加 IronPython 包，将其安装到当前项目中。这会将以下程序集添加到项目中：

• IronPython
• IronPython.Model
• IronPython.SQLite
• IronPython.Wpf
• Microsoft.Dynamic
• Microsoft.Scripting
• Microsoft.Scripting.AspNet
• Microsoft.Scripting.Metadata

对于第一个例子，我们调用一个 Python 脚本，它将简单地打印出 “Hello World！”。在控制台上。为了保持它尽可能简单，我们只需将 Python 代码硬编码到一个字符串中，然后使用 CreateScriptSourceFromString 从中创建 Microsoft.Scripting.Hosting.ScriptSource 实例。正如你所看到的，这很容易做，只需要3行代码。

static void Main(string[] args)
{
    var pythonEngin = IronPython.Hosting.Python.CreateEngine();
    var pythonScripts = pythonEngin.CreateScriptSourceFromString("print'hello world'");
    pythonScripts.Execute();
}

控制台输出

hello world

如果你想了解更多关于在幕后发生的事情，你可以看看 IronPython Internals Foundations tutorial.

第二个例子

第二个例子与第一个例子几乎相同，但是我们将使用 CreateScriptSourceFromFile 函数从文件中加载脚本，而不是将其硬编码到一个字符串中。由于我们将脚本放在与 Program.cs 文件相同的目录中，我们需要当从 Visual Studio 执行程序时，会出现两个目录。这就是为什么我们脚本的路径是.. .. HelloWorld.py。您当然可以将脚本放在与可执行文件相同的目录中。代码如下所示。执行程序时，输出当然与前面的示例相同。
完整的例子可以从我们的GitHub仓库获得：IronPythonTutorials/CSharpIntegration/PythonScriptExecution2。

print('Hello World')

static void Main(string[] args)
{
    var pythonEngin = IronPython.Hosting.Python.CreateEngine();
    var pythonScripts = pythonEngin.CreateScriptSourceFromFile("..\.\HelloWorld.py"));
    pythonScripts.Execute();
    Console.ReadKey();
}

库

搜索路径

通常，Python 脚本将依赖于某个模块，或者是一个自定义模块或 Python 标准库中的模块。我们将展示如何使用标准库，但是考虑到大量的模块，我们将从一个更基本的例子开始。
处理模块的唯一困难是设置引擎将查找模块的路径列表。该ScriptEngine的类提供了一个函数来检索的搜索路径当前列表：GetSearchPaths，另一个设置列表：SetSearchPaths。SetSearchPaths 替换现有的列表，所以如果你想添加一个搜索路径，你将需要首先获取当前列表，添加新的路径，然后将更新的列表传递给 SetSearchPaths 函数。
我们来举例说明一个简单的例子。我们修改之前的的一个示例，以便在 HelloWorld.py 导入另一个名为 HelloWorldModule.py 的模块。我们把这两个文件放在与Program.cs相同的目录下。这两个文件的来源如下所示。
完整的例子可以从我们的GitHub仓库获得：IronPythonTutorials/CSharpIntegration/PythonScriptExecution3。

HelloWorldModule.py

def PrintHelloWorld():
    print("Hello World")

HelloWorld.py

import HelloWorldModule

HelloWorldModule.PrintHelloWorld()

static void Main(string[] args)
{
    var pythonEngin = IronPython.Hosting.Python.CreateEngine();
    Console.WriteLine("Search Paths:");
    var searchPaths = pythonEngin.GetSearchPaths();
    foreach (var item in searchPaths)
    {
        Console.WriteLine(item);
    }
    Console.WriteLine();
    searchPaths.Add("..\..");
    pythonEngin.SetSearchPaths(searchPaths);

    var pythonScript = pythonEngin.CreateScriptSourceFromFile("..\..\HelloWorld.py");
    pythonScript.Execute();
}

显然，这是一个稍微做作的例子，因为你通常会把脚本放在一个更合理的位置，但是你应该明白这个想法。
如果一切正常，你应该得到以下输出。

Search Paths:
.
C:UsershippieZhouDocumentsProjectsIronPythonTutorials3_PythonScriptExecution3inDebugLib
C:UsershippieZhouDocumentsProjectsIronPythonTutorials3_PythonScriptExecution3inDebugDLLs

Hello World

但是，如果由于某种原因无法找到一个模块，你会得到下面的异常抛出。

Unhandled Exception: IronPython.Runtime.Exceptions.ImportException: No module na
med os
   at Microsoft.Scripting.Runtime.LightExceptions.CheckAndThrow(Object value)
   at Microsoft.Scripting.Interpreter.FuncCallInstruction`2.Run(InterpretedFrame
 frame)
   at Microsoft.Scripting.Interpreter.Interpreter.Run(InterpretedFrame frame)
   at Microsoft.Scripting.Interpreter.LightLambda.Run1[T0,TRet](T0 arg0)
   at IronPython.Compiler.RuntimeScriptCode.InvokeTarget(Scope scope)
   at IronPython.Compiler.RuntimeScriptCode.Run()
   at Microsoft.Scripting.Hosting.ScriptSource.Execute()
   at PythonScriptExecution3.Program.Main(String[] args) in c:p4client2Tutoria
lsDevelopmentIronPythonExamplesCSharpIntegrationPythonScriptExecution3Pyth
onScriptExecution3Program.cs:line 16

让我们仔细看一下搜索路径的初始列表。
默认情况下，当前工作目录将包含在搜索路径列表中。但是，如果您依赖于此，您的应用程序将会工作与否，具体取决于用户启动应用程序时当前的工作目录。在默认情况下，IronPython 将在搜索路径中包含两条与应用程序本身安装位置相关的路径：在上面的输出中可以看到的Lib和DLL路径。这些位置是将模块与主应用程序保持在一起的好选择。

IronPython 实现使用 Assembly.GetEntryAssembly() 函数来获取主机的路径，以便添加 “Lib” 和 “DLL” 路径。有些情况下，Assembly.GetEntryAssembly（）将返回 null，这些路径将不会被添加。一个这样的情况是，当环境是 ASP.NET。

标准库

在您的应用程序中使用标准库并不困难。包含标准库的单独的NuGet包可用。这个包将所有的标准库模块添加到 Visual Studio 项目中。出现的问题是，应用程序使用的模块需要与它分发。如何做到这一点取决于具体情况。在最简单的情况下，您可以将所需的模块放在与应用程序二进制文件相同的目录中，并将它们一起分发。如果您选择该解决方案，则默认搜索路径应该足够，因为它包含“。” 目录。
现在让我们来看一个使用标准库的脚本的简单例子。完整的例子可以从我们的 GitHub 仓库获得：IronPythonTutorials/CSharpIntegration/PythonScriptExecution4。

使用 NuGet 获取 IronPython 标准库：IronPython.StdLib
HelloWorldBase64.py

import base64

originalString = b"Hello World!"
print("OriginalString:" + str(originalString))

encodedString = base64.b64encode(originalString)
print("EncodedString:" + str(encodedString))

decodedString = base64.b64decode(encodedString);
print("Decoded String:" + str(decodedString))

C#

static void Main(string[] args)
{
    var pythonEngin = IronPython.Hosting.Python.CreateEngine();
    Console.WriteLine("Search paths:");
    var searchPaths = pythonEngin.GetSearchPaths();
    foreach (var path in searchPaths)
    {
        Console.WriteLine(path);
    }
    Console.WriteLine();

    searchPaths.Add("..\..\Lib");
    pythonEngin.SetSearchPaths(searchPaths);

    var pythonScript = pythonEngin.CreateScriptSourceFromFile("..\..\HelloWorldBase64.py");
    pythonScript.Execute();
}

输出

Search paths:
.
C:UsershippieZhouDocumentsProjectsIronPythonTutorials4_PythonScriptExecution4inDebugLib
C:UsershippieZhouDocumentsProjectsIronPythonTutorials4_PythonScriptExecution4inDebugDLLs

OriginalString:Hello World!
EncodedString:SGVsbG8gV29ybGQh
Decoded String:Hello World!

共享变量

在 Microsoft.Scripting.Hosting.ScriptScope 类用于保存的是当前在范围内的变量及其关联值列表。本 ScriptScope 类提供的方法来设置，获取和范围删除变量。他们是 SetVariable， GetVariable 和 RemoveVariable。要获取范围中所有变量的列表，请使用GetVariableNames 方法。
在我们最开始的例子中，我们使用 pythonScript.Execute(); 来运行脚本。无参数 Execute() 函数在 ScriptScope 内部创建实例，因此调用者无法访问它。但是，我们可以使用其他重载来创建 ScriptScope 自己并将其传递给 Execute() 函数。
以下示例显示了如何使用这些函数。完整的例子可以从我们的GitHub仓库获得：IronPythonTutorials/CSharpIntegration/PythonScriptExecution5。

Program.cs

static void Main(string[] args)
{
    var pythonEngin = IronPython.Hosting.Python.CreateEngine();
    var pythonScript = pythonEngin.CreateScriptSourceFromString(
        "helloWorldString='Hello World!'
" + 
        "print(helloWorldString) 
" + 
        "print(extrnalString)");

    var scope = pythonEngin.CreateScope();
    scope.SetVariable("extrnalString", "How are you.");
    pythonScript.Execute(scope);
    Console.WriteLine();
    Console.WriteLine("List of variables in the scope:");
    foreach (var name in scope.GetVariableNames())
    {
        Console.Write(name+ "   ");
    }
    Console.WriteLine();
    Console.WriteLine("Variable values:");
    Console.WriteLine("helloWorldString:" + scope.GetVariable("helloWorldString"));
    Console.WriteLine("extrnalString:" + scope.GetVariable("extrnalString"));

    Console.ReadKey();
}

输出

Hello World!
How are you.

List of variables in the scope:
extrnalString   __builtins__   __file__   __name__   __doc__   helloWorldString
Variable values:
helloWorldString:Hello World!
extrnalString:How are you.

在这个例子中，脚本定义了这个 helloWorldString 变量，并使用了一个 externalString 在脚本中没有定义的变量 。然后打印这两个变量。
该 externalString 变量显示了C# 代码如何使用该 SetVariable 方法将变量添加到脚本可以使用的范围。
脚本执行后，范围包含由脚本添加的变量列表。C# 代码使用我们前面提到的各种函数来打印执行后的范围内的内容。

导入模块

在本教程前面，我们看到了 Python 脚本如何使用 Python import 语句，只要搜索路径设置正确，就可以像任何常规的 Python 脚本一样使用Python 语句。在这里我们提出另一个有趣的方法，即从 C# 代码中导入模块，而不是 Python 代码。
静态 IronPython.Hosting.Python.ImportModule 函数可以用来导入一个模块。它返回 ScriptScope 包含导入模块中所有变量的类的一个实例。该 ScriptScope 在上面有解释。例如，您可以使用返回的作用域并将其传递给 ScriptSource.Execute 函数，以执行另一个可以使用导入模块的功能的 Python 脚本，甚至可以使用它直接从 C# 执行 Python 方法，如下面的示例所示。
将 ImportModule 搜索路径中的模块作为 Python import 语句进行查找将会这样做，重要的是正确设置路径或找不到模块。
以下示例显示了如何在 Python 模块中定义的函数可以像 C# 函数一样执行。

HelloWorldModule.py

def PrintHelloWorld():
    print("Hello World!")

def PrintMessage(message):
    print(message)

def Add(arg1,arg2):
    return (arg1 + arg2)

Program.cs

static void Main(string[] args)
{
    var pythonEngin = IronPython.Hosting.Python.CreateEngine();
    var searchPaths = pythonEngin.GetSearchPaths();
    searchPaths.Add("..\..");
    pythonEngin.SetSearchPaths(searchPaths);

    var scope = IronPython.Hosting.Python.ImportModule(pythonEngin, "HelloWorldModule");

    dynamic printHelloWorldFunction = scope.GetVariable("PrintHelloWorld");
    printHelloWorldFunction();

    dynamic printMessageFunction = scope.GetVariable("PrintMessage");
    printMessageFunction("GoodBye!");

    dynamic addFunction = scope.GetVariable("Add");
    Console.WriteLine("The sum of 1 and 2 is " + addFunction(1,2));

    Console.ReadKey();
        }

总结

官网给的示例教程是 Visual Studio 2013 + python 2.x 版本的，对于 Visual Studio 2017 + Python 3.X 版本的使用方式影响不大。按照官网描述一步一步还是可以完成整个的基本教程。
个人理解：IronPython 其实就是相当于将 Python 编译成字节码，然后通过 IronPython 创建的虚拟 Python 运行环境（类似虚拟机）从而达到能够运行 Python 的目的。经过个人(不科学的)测试，这种模式的运行效率并不是很高，在 Python 慢的基础上还要慢一个节拍。所以，想在生产环境中使用的话需要慎重考虑。

参考

1. IronPython C# Integration