python-ctypes用法个人总结

ctypes是Python的一个外部库，提供和C语言兼容的数据类型，可以很方便地调用DLL中输出的C接口函数。

1.加载dll和取出函数

from ctypes import *
dll = cdll.LoadLibrary(dllpath)   #dllpath是字符串
dll = windll.LoadLibrary(dllpath)

上面两行使用哪一行,取决于导出函数的调用规范(cdecl或stdcall).也可以使用下面两行代替:

dll = CDLL(dllpath)    #注意和上面大小写的区别
dll = WinDLL(dllpath)

注意,这里使用的dll必须和python平台匹配,比如都是32位的或者都是64位的。因为本质上是一个exe加载一个dll，无法跨平台。

加载dll后,可直接得到dll中的导出函数地址.

func = dll.func_name  #func_name 是dll的导出函数

有时动态链接库导出c++函数时，并不是有效的Python标识符，例如 “??2@YAPAXI@Z” 。这种情况下，必须使用getattr 获取函数:

func = getattr(cdll.msvcrt,"??2@YAPAXI@Z")

在Windows上，有些动态链接库导出函数不是用名字，而是用序号(ordinal)。这时需通过索引获取：

func = cdll.kernel32[1]

2.函数参数和返回值

上面只是得到了函数地址,还无法进行函数调用.要进行正确的函数调用,需设置好参数和返回值类型.
ctypes支持的原生数据类型如下:

ctypes类型	C 类型	Python 类型
c_char	char	1-character string
c_wchar	wchar_t	1-character unicode string
c_byte	char	int/long
c_ubyte	unsigned char	int/long
c_bool	bool	bool
c_short	short	int/long
c_ushort	unsigned short	int/long
c_int	int	int/long
c_uint	unsigned int	int/long
c_long	long	int/long
c_ulong	unsigned long	int/long
c_longlong	__int64 or longlong	int/long
c_ulonglong	unsigned __int64 or unsigned long long	int/long
c_float	float	float
c_double	double	float
c_longdouble	long double float	float
c_char_p	char *	string or None
c_wchar_p	wchar_t *	unicode or None
c_void_p	void *	int/long or None

设置函数的参数类型使用函数的argtypes属性,直接赋值为一个ctypes类型的列表或元组。设置函数的返回值类型使用函数的restype属性。下面是示例代码：
python中，默认函数返回值是c_int型，此类型可以不用显示设置函数的restype属性，如果是参数类型是c_int型则需要设置。

fun.argtypes = (c_int, c_int,c_int,c_void_p) #设置函数参数类型为 int,int,int,void *
fun.restype  = c_float #设置返回值类型为 float

None、整数、字节串和（unicode）字符串是可以作为本地Python对象直接传递给函数调用的。

None是作为C的NULL指针传递。
字节串和字符串作为内存块指针传递(char* 或 wchar_t*)。
Python整数作为平台相关的C语言int类型传递，其值会截断到C类型。

除了整数、字节串和字符串以外Python类型的参数传递，必须使用ctypes类型做包装。

在调用函数时，如果使用了错误的参数数量和调用规范时，ctypes尝试保护调用。不幸的是该功能仅在Windows上有用。它通过检查函数返回栈来实现，所以尽管发生了错误，但是函数还是调用了。
这很容易导致当前使用的整个Python环境崩溃，所以必须很小心的使用。

除了上述的基本类型，ctypes还支持自定义的结构体和联合体，它们可以出现在函数的参数或返回值中。

3.结构体

自定义的结构体和联合体必须继承自ctypes的Structure和Union，这两个类都在ctypes模块中定义。每一个子类必须定义"_fields_“属性，”_fields_"是一个二维的tuples列表，
描述类的每个数据成员的字段名和字段类型，这里的字段类型必须是一个ctypes类型，如c_int，或者任何其他的继承ctypes的类型，如Structure, Union, Array, 指针等。

例如有一个简单结构，包含两个整型x和y，可如下初始化一个结构：

from ctypes import *
import types  class Point(Structure):  _fields_ = [('x', c_int),  ('y', c_int)]
p1 = Point(1,2)
print(point.x, point.y) #输出 1 2#可以创建复杂的结构体,嵌套了其它结构体。如下：
class RECT(Structure):_fields_ = [("upperleft", POINT),("lowerright", POINT)]rc = RECT(p1)
print(rc.upperleft.x, rc.upperleft.y)   #输出 1 2
print(rc.lowerright.x, rc.lowerright.y) #输出 0 0#嵌套结构体可以通过下面多种方法初始化：
rc2 = RECT(POINT(1,2), POINT(3,4))
rc3 = RECT((1,2), (3,4))

如结构体用于链表操作，即包含指向结构体指针时，若直接定义：

from ctypes import *
import types  class Test(Structure):  _fields_ = [('x', c_int),  ('y', c_char),  ('next', Test)]   #这一行报错

则python会报错type未定义，如下定义则OK：

from ctypes import *
import types  class Test(Structure):  pass  Test._fields_ = [('x', c_int),  ('y', c_char),  ('next', POINTER(Test))]

字节对齐和字节顺序

默认情况下结构体和联合的对齐使用C编译器相同的方式。这可以通过类属性_pack_ 来重载其行为。这必须设置一个正数指定字段的最大对齐。这个功能与MSVC中的 #pragma pack(n) 功能一样。

ctypes中的结构体和联合使用本地字节序。想要用非本地字节序，可以使用 BigEndianStructure 、LittleEndianStructure 、 BigEndianUnion 、 LittleEndianUnion 基类。这些类无法包含指针字段。

位域

创建结构与联合体时，可以包含位域字段。只有整型域才可以使用位字段，位宽可以在_fields_元组的第三个选项中指定：

class Int(Structure):_fields_ = [("first_16", c_int, 16),   #这个字段占16位("second_16",c_int, 16)]

4.数组

数组就是序列，包含固定数量的相同类型的实例。推荐的创建数组类型的方式是使用正数和乘号应用到类型:

from ctypes import *class POINT(Structure):_fields_ = [("x", c_int), ("y", c_int)]TenPointsArrayType=POINT*10   #创建一个数组类型,它是10个Point元素组成的数组。class MyStruct(Structure):_fields_ = [("a", c_int),("b", c_float),("pts", POINT*4)] # 相当于C语言的:  POINT pts[4]print(len(MyStruct().point_array)) #输出  4arr = TenPointsArrayType()  #创建一个数组类的对象。
for pt in arr:print(pt.x, pt.y)TenIntegers = c_int*10  # 定义一个int[10]的类型（类）ii = TenIntegers(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) #显式初始化数组(类)
for i in ii: print(i)#高维数组,即数组的数组。
type_int_array_10 = c_int * 10                  #先定义一个数组类型
type_int_array_10_10 = type_int_array_10 * 10   #定义数组的数组（即二维数组）
my_array = type_int_array_10_10()               #创建二维数组对象
my_array[1][2] = 3                              #使用二维数组

5.指针和引用

有时C函数需要一个指针指向的数据作为参数，或想向指针指向的内存块写输出数据，或者数据太大不适合传递，这时就需要使用指针或者引用。

ctypes中使用POINTER和pointer表示指针，在使用POINTER时需要设置指向的数据类型，而pointer则直接从变量中得到一个特定类型的指针。

ctypes使用 byref() 函数表示指针概念，该函数也是直接从变量得到指针指向的数据类型。

对内存块的使用，实际上是区分输入/输出的。如果是该内存块是函数的输入（即函数内部是从内存块读数据），则使用指针，即POINTER() 或 pointer()。
如果是该内存块是函数的输出（即函数内部是写数据到内存块），则需使用create_string_buffer() 函数。

指针

例如创建一个类似于C语言的int *：

type_p_int = POINTER(c_int)  #创建指针类型,它指向整数
v = c_int(4)                 #定义一个整数,值为4.
p_int = type_p_int(v)        #给一个指针变量(p_int)赋值(为变量v的地址).print(p_int[0])
print(p_int.contents) #指针实例有一个contents属性，返回这个指针所指向的对象。

上面这段代码在C语言里相当于：

typedef int * type_p_int;
int v = 4;
type_p_int p = &v;
printf("%d",p[0]);
printf("%d",*p);

也可以不经过声明指针类型这一步，直接从变量得到指针，如下：

v = c_int(4)        #定义一个整数,值为4.
p_int = pointer(v)  #直接得到v的指针，不需创建指针类型（省去类型声明）。print(p_int[0])
print(p_int.contents)

注意：对指针类型 c_char_p，c_wchar_p，c_void_p 的赋值将会改变其指向的内存区域地址，而不是改变内存块的值(因为Python字符串是只读的）。

byref()

ctypes使用 byref() 函数传递参数引用。通常使用 byref()的地方同样也可用指针函数pointer()，但pointer()作为参数通常会额外创建一个指针对象，如果并不需要再次使用该指针对象的话，使用 byref() 会更快。

内存块

各种指针类型（c_char_p，c_wchar_p，c_void_p）指向的内存块实际上都是只读的。如果某个函数需要一个输入内存块保存输出值，不能传递这些指针。我们需要一个可写的内存块，使用create_string_buffer() 函数创建。

from ctypes import *p = create_string_buffer(3)      #创建3字节长的buf，且初始化为0
print(sizeof(p), repr(p.raw))    #输出 3 '\x00\x00\x00'p = create_string_buffer(""Hello")#创建一个字符串(包括结尾的0)的buf
print(sizeof(p), repr(p.raw))    #输出 6 'Hello\x00'p = create_string_buffer("Hello", 10)
print(sizeof(p), repr(p.raw))    #输出 10 'Hello\x00\x00\x00\x00\x00'p.value = "Hi"                   #修改buf内容（这是可变buf）
print(sizeof(p), repr(p.raw))    #输出10 'Hi\x00lo\x00\x00\x00\x00\x00'pw = create_unicode_buffer(3)    #创建一个unicode使用的buf，且初始化为0
printf(sizeof(pw))               #注意，这里将输出6。

想要创建包含unicode字符(对应C类型wchar_t)的可变内存块，使用create_unicode_buffer() 函数。

6.类型转换

通常情况下，ctypes会做严格的类型检查。这意味着，如果形参有一个POINTER(c_int)指针指向一个函数或者结构体的成员域类型，那么实参只能接受相同类型的实例。
但这个规则也有例外。比如，你可以传递兼容的数组类型来代替指针类型。例如对于POINTER(c_int)指针类型来说，可以使用c_int数组来代替。

class Bar(Structure):_fields_ = [("count", c_int), ("values", POINTER(c_int))]bar = Bar()
bar.values = (c_int * 3)(1, 2, 3)  #数组和指针的转化
bar.count = 3
for i in range(bar.count):print(bar.values[i])
#输出 1 2 3bar.values = None #设置指针为NULL

如果一个函数参数显式声明为某种指针类型（例如POINT(c_int) 类型），则传递该指针指向的对象类型也是可以的（例如这里可以传递c_int），ctypes会自动加上byref()函数进行类型转换。

在C语言中，你可以通过强制类型转换的方法来转换不兼容的类型。ctypes也提供了一个转换函数cast() 让你可以使用相同的方式进行类型转换。
cast()函数可以将一个ctypes指针（或数组）的实例转换成另外一个不同的指针类型（或数组）。cast()函数需要两个参数，第一个是转换前的指针实例，
第二个是目标指针类型。它返回第二个参数类型的实例，并且这个实例与第一个参数共用同一块内存。

上面定义的Bar结构体中，它的value域可以支持POINTER(c_int)指针或者c_int数组，但不支持其他类型，如果需要其它类型，则可使用类型转换。

bar.values = (c_byte * 4)()  #报错，类型不对。需要 int * 或 int 数组。这里是byte数组。bar.values = cast((c_byte * 4)(), POINTER(c_int))  #正确。强制转换,把byte数组转化为int*print(bar.values[0])

7.回调函数

types允许从python回调中创建c回调函数指针。这个常常被称为回调函数。

首先，你必须为回调函数创建一个类，这个类知道调用协议，函数返回值类型，函数接受的参数个数及类型。

CFUNCTYPE工厂函数使用普通cdecl调用协议来为回调函数创建类型。并且，在Windows平台，WINFUNCTYPE工厂函数使用stdcall调用协议来为回调函数创建类型。
这两个工厂函数在调用时，参数表都是使用返回值作为第一个参数，而将回调函数所需要的参数作为剩下的参数。

在这里我将使用一个c标准库里的快排函数作为演示例子，快排是一个借助回调函数进行排序的函数。快排将会用到下面的整型数组：


CMPFUNC = CFUNCTYPE(c_int, POINTER(c_int), POINTER(c_int)) #定义回调函数类型def py_cmp_func(a, b): #实现回调函数功能print("py_cmp_func", a[0], b[0])return a[0] - b[0]cmp_func = CMPFUNC(py_cmp_func)  #回调函数对象IntArray5 = c_int*5
ia = IntArray5(5, 1, 7, 33, 99)
qsort = libc.qsort      #排序函数地址
qsort.restype = None    #排序函数返回值qsort(ia, len(ia), sizeof(c_int), CMPFUNC(py_cmp_func)) #调用排序函数,传入一个回调函数对象.for i in ia: print(i, end=" ")   #输出结果为： 1 5 7 33 99

回调函数的重要提示：

确保你在C代码的使用生命周期里保持引用CFUNCTYPE对象。ctypes并不会帮你做这样的事情，如果你没有做保证，它们就会被垃圾回收，然后当你调用这个回调函数时将会导致程序崩溃。

8.windows类型

Windows API有一些特殊之处，Windows API函数不使用标准C的调用约定（前面已经提到过）。

因此需注意两点：

LoadLibrary时不能够使用cdll.LoadLibrary而使用windll.LoadLibrary。
在声明回调函数指针类型的时候，不能用CFUNCTYPE而是用WINFUNCTYPE。

Windows API有很多内建类型，ctypes内部都已经定义好了，在子模块wintypes下，可以直接使用。

代码举例如下：

from ctypes import *
from ctypes import wintypes# HWND 等类型已定义好了，可直接使用.
WNDENUMPROC = WINFUNCTYPE(wintypes.BOOL,    #定义回调函数类型wintypes.HWND,wintypes.LPARAM)def EnumWindowsProc(hwnd, lParam):  #实现回调函数功能length = user32.GetWindowTextLengthW(hwnd) + 1buffer = create_unicode_buffer(length)user32.GetWindowTextW(hwnd, buffer, length)print(buffer.value)return Trueuser32 = windll.LoadLibrary('user32.dll')  #加载dll
user32.EnumWindows(WNDENUMPROC(EnumWindowsProc), 0)

8.结构体指针

返回结构体指针的函数. c代码如下:

include <stdlib.h>
typedef struct{undefinedint a;int b;
}mystruct;mystruct * create(){undefinedmystruct * s = (mystruct *)calloc(1, sizeof(mystruct));s->a = 100;s->b = 200;return s;
}void destroy(mystruct * s){undefinedfree(s);
}

python代码如下：

from ctypes import *
class mystruct(Structure):_fields_ = [('a', c_int),('b', c_int)]dll = cdll.LoadLibrary(dllpath)
dll.create.restype = POINTER(mystruct) #设置返回值类型为结构体指针
p = dll.create() #调用函数
print(p.contents.a,p.contents.b) #输出 100 200

如果返回的是结构体数组指针，同样也是将函数返回类型设置为结构体指针，在接收到值之后，使用时加上下标即可,注意是结构体数组指针，不是结构体指针数组
python代码如下：

from ctypes import *
class mystruct(Structure):_fields_ = [('a', c_int),('b', c_int)]dll = cdll.LoadLibrary(dllpath)
dll.create.restype = POINTER(mystruct) #设置返回值类型为结构体指针
p = dll.create() #调用函数
print(p[i].a,p[i].b) #注意是结构体数组指针，不是结构体指针数组，不然应该还需要

##如果是向函数内部传入一个结构体数组指针，而函数需要改变此结构体的内存，则可以作如下处理：

返回结构体指针参数的函数. c代码如下:

include <stdlib.h>
typedef struct{undefinedint a;int b;
}mystruct;int change(mystruct*stru,int*num){undefinedfor(i＝０;i < 3;i++){undefinedstru[i].a = i;stru[i].b = i+1;}int n_num = 2;num = &n_num; return 0;
}

python代码如下：

from ctypes import *
class mystruct(Structure):_fields_ = [('a', c_int),('b', c_int)]
dll = cdll.LoadLibrary(dllpath)
stru_info= create_string_buffer(sizeof(mystruct) * NUM)
p_rec = POINTER(mystruct)(stru_info)
info_num = c_int()
ret = dll.create(p_rec, byref(info_num)) #调用函数
print(p_rec[i],p_rec[i].b)**同理，如果创建int类型的数组内存，则可以用
int_buffer = create_string_buffer(sizeof(c_int) * NUM)
p_int_buffer = POINTER(c_int)(int_buffer)
传递参数时直接使用p_int_buffer
使用时直接p_int_buffer[i]取值即可##如果是向函数内部传入一个结构体数组指针，而函数不需要改变此结构体的内存，则可以作如下处理：
c代码如下:
```c
include <stdlib.h>
typedef struct{undefinedint a;int b;
}mystruct;int change(mystruct*stru,int num){undefinedfor(i＝０;i < num;i++){undefinedcout<<stru[i].a<<endl;cout<<stru[i].b<<endl;}return 0;
}

python代码如下：

from ctypes import *
class mystruct(Structure):_fields_ = [('a', c_int),('b', c_int)]
dll = cdll.LoadLibrary(dllpath)
info_num = 3
stru_info_list = []#添加一些结构体，此处略去
stru_info_p = (mystruct*info_num)(*stru_info_list)
num = c_int(info_num)
ret = dll.create(byref(strstru_info_p), num) #调用函数
print(p_rec[i],p_rec[i].b)同理，如果只是传递一个数组指针，不需要改变内容的话，假设传第一个int数组：
int_list = []
num = len(int_list)
p_int_list = (c_int*num)(*int_list)####9.解析
上述例子中，如果创建int类型的数组内存
假设c函数是int fun（int*buffer_list）#传递的是int数组的指针int_buffer = create_string_buffer(sizeof(c_int) * NUM)
如果直接传递的参数为byref（int_buffer）
即：ret = dll.fun（byref（int_buffer））那么对于int_buffer的使用就需要解析
首先需要取int_buffer得二进制内容，即int_buffer.raw，然后解析
buffer = int_buffer.raw
buffer_int = (struct.unpack('i', buffer[i * 4 : (i + 1) * 4]))[0]