ctypes python_Python ctypes 使用总结

Python 调用 C/C++ 的程序主要有两种方式：

使用 ctypes 调用动态库

ctypes 的方式相对来说成本较低，首先 ctypes 是内置库，使用方便，使用的过程中与 C/C++ 动态库的逻辑是完全独立的，互相可以单独维护。但是相对也有明显的缺点，C++ 在编译后的函数名会变，ctypes 使用起来不方便，API 相对也比较繁琐，写起来略微麻烦一些，使用出错的话会导致进程退出。

本文主要介绍 ctypes 的基本用法，可以对现有的 C/C++ 代码进行简单的二次封装后进行使用。笔者认为 ctypes 本身还是比较适合轻量级的使用场景，如果逻辑较为复杂的，请考虑使用 C/C++ 扩展的方式。

本文的 Python 以 2.7 版本为例，编译使用 gcc。

简单示例

写一个简单的 Hello 来说明一下最基本的用法。首先定义一个简单的 c 函数。

//hello_module.c

#include

int hello(const char* name) {

printf("hello %s!\n", name);

return 0;

}

编译生成动态库，动态库不同的系统后缀不同（Windows 的 dll，Linux 的 so，Mac 的 dylib），需要注意，本文以 so 为例。

gcc -fPIC -shared hello_module.c -o hello_module.so

通过 ctypes 来进行动态库加载及函数调用，注意 windows 的调用方式有专有的 API。

import ctypes

lib = ctypes.cdll.LoadLibrary("hello_module.so")

lib.hello("world") # hello world!

以上便是简单的 ctypes 使用流程，加载动态库，然后就可以调用动态库中的函数。

有几点需要注意的地方：

类型的隐私转换的，python 的 str 转换为了 c 的 const char*

默认的函数返回值认为是 int，不为 int 的需要自行修改

函数的参数类型未指定，只能使用 ctypes 自带的类型隐私转换

基础类型可以参考官方文档的对应表格，需要额外说明的一点是，int 和 uint 都有对应的 8、16、32、64 的类型可供使用。

数组和指针类型

基本类型中只包含了 c_char_p 和 c_void_p 两个指针类型，其他的指针类型该如何使用？数组该如何定义和使用？我们来看看这两个类型的使用。

编写一个为数组求和的函数。

//sum_module.c

#include

int sum(int a[], size_t len) {

int ret = 0;

for (size_t i = 0; i < len; i++) {

ret += a[i];

}

return ret;

}

int sum2(int* a, size_t len) {

int ret = 0;

for (size_t i = 0; i < len; i++) {

ret += a[i];

}

return ret;

}

和上面一样进行编译，生成动态库

gcc -fPIC -shared sum_module.c -o sum_module.so

像之前一样来使用，看下会怎样。

import ctypes

lib = ctypes.cdll.LoadLibrary("sum_module.so")

lib.sum([1, 2, 3], 3)

#Traceback (most recent call last):

# File "demo.py", line 7, in

# lib.sum([1, 2, 3], 3)

#ctypes.ArgumentError: argument 1: : Don't know how to convert parameter 1

会发现 ctypes 报错了，不知道类型如何进行转换，也就是说 ctypes 的隐式转换是不支持数组类型的。

我们需要用 ctypes 的数组来传参数。

import ctypes

lib = ctypes.cdll.LoadLibrary("sum_module.so")

array = (ctypes.c_int * 3)(1, 2, 3)

print lib.sum(array, len(array))

i = ctypes.c_int(5)

print lib.sum(i, 1)

ctypes 的数组定义就是用 ctypes 中的类型 * 大小。

下面我们看一下指针的用法。

import ctypes

lib = ctypes.cdll.LoadLibrary("sum_module.so")

i = ctypes.c_int(5)

lib.sum2.argtypes = (ctypes.POINTER(ctypes.c_int), ctypes.c_size_t)

print lib.sum2(ctypes.pointer(i), 1)

POINTER 是用来定义指针类型，pointer 用来获取一个变量的指针，相当于 C 里面的 &。

pointer 的用法需要注意的是，必须在 ctypes 类型上使用，不能在 python 类型上使用。

import ctypes

i = ctypes.c_int(5)

print ctypes.pointer(i) # <__main__.LP_c_int object at 0x10566f7a0>

i = 5

print ctypes.pointer(i) # TypeError: _type_ must have storage info

这就是数组和指针的基本使用方式，注意指针和数组的区分，这里定义的 sum 和 sum2 只是举例，sum2 第一个参数也可以接受数组，这个和在 C 里面是一样的。

函数参数类型和返回值类型

之前的例子只有一个明确指定了参数类型，没有指定返回类型。返回类型默认是 int，如果需要返回非 int 的类型就需要进行指定。

指定参数类型的好处在于，ctypes 可以处理指针的转换，无需代码中进行转换。

继续使用上一个 sum2 函数为例。

i = ctypes.c_int(5)

lib.sum2.argtypes = (ctypes.POINTER(ctypes.c_int), ctypes.c_size_t)

print lib.sum2(ctypes.pointer(i), 1)

print lib.sum2(i, 1)

可以使用 pointer(i) 和 i 作为 sum2 的第一个参数，会自动处理是否为指针的情况。

结构体

结构体在 ctypes 需要进行类的定义，类型和指针的使用方式和之前一致。

下面我们看一个 struct 定义的实例。

import ctypes

"""

typedef struct _user {

int type;

uint64_t userid;

char username[64];

unsigned int created_at;

} user;

"""

class User(ctypes.Structure):

_fields_ = [

('type', ctypes.c_int),

('userid', ctypes.c_uint64),

('username', ctypes.c_char * 64),

('created_at', ctypes.c_uint),

]

print ctypes.POINTER(User) # u = User()

print ctypes.pointer(u) # <__main__.LP_User object at 0x10982c7a0>

总结

ctypes 也支持联合体 union，但是因为不常用，所以本文没有提及。有需要的可以参考官方文档。

参考资料

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