ctypes
是 Python 的一个标准库,用于与 C 语言进行交互。它提供了一组工具和函数,可以方便地调用动态链接库(DLL)或共享对象(SO)中的 C 函数,并处理 C 数据类型的转换。
说的易懂点就是ctypes在c与python之间做类型转换的。既然是做类型转换的,那么对于c/c++中常用的类型,是如何用ctypes方式去做转换的,接下来一探究竟:
动态链接库是一个已经编译好、程序在运行时就可直接使用的数据-函数库。与静态链接库不同,动态链接库在程序运行时被加载和链接,而不是在编译时动态链接库必须先载入,为此ctypes提供三个对象:cdll、windll(windows-only)、oledll(windows-only),并使得载入dll就如访问这些对象的属性一样。这三个区别是:
(1) cdll:cdll对象载入使用标准cdecl调用约定的函数库。(2) windll:windll对象载入使用stdcall调用约定的函数库。 (3) oledll:oledll对象载入使用stdcall调用约定的函数库
使用 ctypes
的 cdll
或 windll
(Windows 平台)函数来加载动态链接库或共享对象。只需要提供库的路径或名称,ctypes
将自动根据操作系统的不同来选择正确的加载函数,
示例如下:
# 示例 1: 加载动态链接库
my_lib = ctypes.CDLL('/path/to/my_lib.so')
my_lib = ctypes.windll.LoadLibrary('my_lib.dll')
my_function = my_lib.my_function # my_function 是动态库中已导出的函数,不导出则不可调用,像访问一个类实例属性一样来载入
my_function.argtypes = [ctypes.c_int, ctypes.c_float] my_function.restype = ctypes.c_double # 指定函数的返回类型和参数类型。
(1)C语言中基础的数据类型
这部分的使用比较简单,直接使用ctypes内置的方法创建对象即可,ctypes提供的方法和C语言对应的数据类型如下表:
ctypes 类型
C 类型
Python 类型
_Bool
bool (1)
char
单字符字节串对象
wchar_t
单字符字符串
char
int
unsigned char
int
short
int
unsigned short
int
int
int
unsigned int
int
long
int
unsigned long
int
__int64 或 long long
int
unsigned __int64 或 unsigned long long
int
size_t
int
ssize_t
或 Py_ssize_t
int
float
float
double
float
long double
float
char* (以 NUL 结尾)
字节串对象或 None
wchar_t* (以 NUL 结尾)
字符串或 None
void*
int 或 None
使用的几个小示例:
import ctypes
my_lib = ctypes.CDLL('/path/to/my_lib.so')
my_function = my_lib.my_function
my_function.argtypes = [ctypes.c_int]
my_int = 10
my_function(ctypes.c_int(my_int))
#转换浮点型数据类型:
my_float = 3.14
my_function(ctypes.c_float(my_float))
#转换字符串类型:
my_string = "Hello"
my_function(ctypes.c_char_p(my_string.encode('utf-8')))
#转换数组类型:
char_array = c_char * 3
(2)C语言中高级数据类型
对于 C 语言中的高级数据类型,如结构体、嵌套结构体、结构体数组、结构体指针等,ctypes
提供了一些工具和方法来进行转换。假设在 C 代码中有一个结构体类型 MyStruct,
下面是几个示例:
import ctypes
class MyStruct(ctypes.Structure):
_fields_ = [("field1", ctypes.c_int),
("field2", ctypes.c_float)]
my_lib = ctypes.CDLL('/path/to/my_lib.so')
my_function = my_lib.my_function
my_function.argtypes = [MyStruct]
my_struct = MyStruct()
my_struct.field1 = 10
my_struct.field2 = 3.14
my_function(my_struct)
#转换嵌套结构体
class InnerStruct(ctypes.Structure):
_fields_ = [("inner_field", ctypes.c_int)] # 定义 C 内部引用结构体
class OuterStruct(ctypes.Structure):
_fields_ = [("outer_field", ctypes.POINTER(InnerStruct))]
# 创建结构体实例,并传递给 C 函数
inner = InnerStruct()
inner.inner_field = 10
outer = OuterStruct()
outer.outer_field = ctypes.pointer(inner)
my_function(ctypes.cast(ctypes.pointer(outer), ctypes.POINTER(OuterStruct)))
_``array_size = 5
my_array = (MyStruct * array_size)()
for i in range(array_size):
my_array[i].field1 = i
my_array[i].field2 = float(i)
my_function(my_array, array_size)
#转换结构体指针和结构体指针数组:
#对于结构体指针和结构体指针数组,可以使用 ctypes.POINTER
类型和 ctypes.cast
函数进行转换。
``_
# 定义函数原型
my_function = my_lib.my_function
my_function.argtypes = [ctypes.POINTER(MyStruct)]
# 创建结构体实例,并传递给 C 函数
my_struct = MyStruct()
my_struct.field1 = 10
my_struct.field2 = 3.14
# 传递结构体指针给 C 函数
my_function(ctypes.pointer(my_struct))
# 创建结构体指针数组,并传递给 C 函数
array_size = 5
my_array = (ctypes.POINTER(MyStruct) * array_size)()
for i in range(array_size):
my_array[i] = ctypes.pointer(MyStruct())
my_function(ctypes.cast(my_array, ctypes.POINTER(ctypes.POINTER(MyStruct))))
(3)C语言中回调函数的转换
假设在 C 代码中有一个函数 register_callback
,它接受一个函数指针作为参数,并在适当的时候调用该函数。我们可以使用 ctypes
来定义回调函数,并将其传递给 register_callback
。
首先,我们需要定义回调函数的类型,然后将其转换为函数指针类型。在调用 register_callback
时,我们将转换后的函数指针作为参数传递。
import ctypes
CallbackFunc = ctypes.CFUNCTYPE(None, ctypes.c_int)
def my_callback(value):
print("Callback called with value:", value)
my_lib = ctypes.CDLL('/path/to/my_lib.so')
register_callback = my_lib.register_callback
register_callback.argtypes = [CallbackFunc]
callback_func = CallbackFunc(my_callback)
register_callback(callback_func)
首先使用 ctypes.CFUNCTYPE
定义了回调函数类型 CallbackFunc
。它的第一个参数是回调函数的返回类型,这里是 None
,表示没有返回值;第二个参数是回调函数的参数类型,这里是 ctypes.c_int
。
然后,我们定义了 Python 中的回调函数 my_callback
,它接受一个整数参数,并在函数内部打印该参数的值。
接下来,我们使用 CallbackFunc
将 Python 回调函数转换为函数指针类型 callback_func
。
最后,我们加载动态链接库,并调用 register_callback
函数,将转换后的函数指针作为参数传递给 C 函数。
小结:
详细使用参考官方文档:
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