【組み込み】C#からPythonを呼び出す方法を紹介

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組み込みとは?

一般に、特定の機能を家電製品や機械などに埋め込んで利用することを「組み込み」といい、いろいろな機能が使えるPCと違い、ある特定の機能だけを使いたいコンピュータに対して使われます。しかし、ここでの組み込みは少し意味が違います。プログラミング言語でいう「組み込み」は、ある言語から、ほかの言語を呼び出す行為を指します。この記事では、組み込みのメリットや、実際にC#からPythonの記述を呼び出す方法を紹介していきます。

組み込みを行うメリット

組み込みは、2つの言語の文法を処理しないといけないため、ややこしく感じる方も少なくないでしょう。しかし、組み込みによって様々な恩恵を受けることができます。ここでは、組み込みを用いる2つのメリットを紹介します。

使い慣れた言語を主軸に新しい言語を試せる

例えば人によっては、「C#で様々なモジュールを作成してしまい、今からPythonを学習・ライブラリの作成には時間がかかる」ということがあります。そうした時に組み込みを用いることで、C#で作成したモジュール群を生かしつつ、Pythonの短く多機能な記述を部分的に試用する、といったことが可能になります。

複数言語の利点を併用できる

C#はオブジェクト指向により非常に複雑なプログラムでもきれいに記述することができ、またPythonは機械学習や画像処理など、多岐にわたる豊富なライブラリを持ちます。このように各言語には各々の利点があり、組み込みを用いることでそれらの言語の利点を併用することができます。

C#からPythonを呼び出す環境の構築

ここまで、組み込みを行うメリットを紹介してきましたが、いかがでしたか。この項目では、「Windows10 Home」上での環境構築も含めたC#からPythonを呼び出す方法を紹介します。

コマンドプロンプトを起動する

コマンドを用いてWindowsの設定などを行うコマンドプロンプトで環境構築をしていきます。まず、Windows + R キーを押して「ファイル名を指定して実行」というウィンドウを出し、cmdと入力してenterを押します。黒地に白い文字が並んだ画面(CUIと呼ばれる)が表示されたら成功です。

Python for .NETをインストールする

Python for .NETは、.NET(C# )からPythonを呼び出したり、Pythonから.NETを呼び出すためのパッケージです。先ほど起動したコマンドプロンプト上で、pip install pythonnetと入力しenterを押します。以下のような表示が出てきたらインストール成功です。Collecting pythonnet Downloading https://files.pythonhosted.org/packages/65/ed/cd200e95392d7f4a74319ff9166ba8a4a6fb28a405b065297f3fdec82da9/pythonnet-2.4.0-cp37-cp37m-win_amd64.whl (70kB) 100% |████████████████████████████████| 71kB 495kB/sInstalling collected packages: pythonnetSuccessfully installed pythonnet-2.4.0You are using pip version 19.0.3, however version 20.2b1 is available.You should consider upgrading via the 'python -m pip install --upgrade pip' command.

Visual Studioのインストール

下記のリンクから、.NETの統合開発環境(IDE)であるVisual Studioのダウンロードを行います。ここでは、Visual Studio Commuinity 2019を使ってご紹介します。

プロジェクトを作成する

Visual Studioを起動し、C#のコードをコンパイル・デバッグするためのプロジェクトを作成していきます。バージョンによって詳しいUIは異なるため少し違いがありますが、手順を示します。ウィンドウ左上のファイル/新規作成/プロジェクトを選択した後、「新しいプロジェクトを作成」ウィンドウが出てくるため「コンソールアプリ(.NET Core)」を選択します。また、ここでこの項目がない場合は、.NET関連の項目を追加でインストールしてください。プロジェクト名に任意の名前(ここではPython_in_Csharpとします)を挿入し、保存するディレクトリを選択したら「作成」を押します。using System;namespace Python_in_Csharp{ class Program { static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("Hello World!"); } }}といったプログラムが表示されれば成功です。

NuGetパッケージのインストール

Visual Studio上のプロジェクト/NuGet パッケージの管理を選択し、「参照」タブに移動して検索欄にpythonnetと入力し検索します。結果の2番目に「pythonnet_py35_dotnet」というものがあるので、それをクリックし右側に出てきた「インストール」を押します。「変更のプレビュー」というウィンドウが出てきたら「OK」を押します。

実際に使ってみる

構築した環境を用いて、実際に組み込みをしてみましょう。Program.cs上で static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("Hello World!"); }のようになっている部分を、 static void Main(string[] args) { using (Py.GIL()) { dynamic np = Py.Import("numpy"); Console.WriteLine(np.cos(np.pi * 2)); dynamic sin = np.sin; Console.WriteLine(sin(5)); double c = np.cos(5) + sin(5); Console.WriteLine(c); dynamic a = np.array(new List { 1, 2, 3 }); Console.WriteLine(a.dtype); dynamic b = np.array(new List { 6, 5, 4 }, dtype: np.int32); Console.WriteLine(b.dtype); Console.WriteLine(a * b); Console.ReadKey(); } }このように書き換えます。F5キーで実行し、結果が1.0-0.958924274663-0.6752620892float64int32[ 6. 10. 12.]となっていれば成功です。PythonのコードをC#内に組み込むときはusing (Py.GIL())で始まるブロックの中に記述していきます。dynamic np = Py.Import("numpy");のようにPythonのモジュールをC#の変数に格納することで、Console.WriteLine(np.cos(np.pi * 2));のようにモジュール関数のC# 内への組み込みをしています。 dynamic a = np.array(new List { 1, 2, 3 }); Console.WriteLine(a.dtype); dynamic b = np.array(new List { 6, 5, 4 }, dtype: np.int32); Console.WriteLine(b.dtype); Console.WriteLine(a * b);のように、C#で定義したListをPythonで行列に変換し、その積を出力する、といったこともできます。

Pythonの処理を行おう!

この記事ではPython for .NETを用いて、C#のコード内でPythonの処理を行う方法を紹介しました。C#とPythonの良いとこ取りができ、上手く使えば可視性の上昇・コード量の削減が見込めるため、使いたいライブラリによっては検討の価値があると思います。組み込みを使って、より高度な実装を楽しみましょう。

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