Python进阶之-ctypes详解

本文主要是介绍Python进阶之-ctypes详解，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

✨前言：

什么是ctypes？
ctypes 是 Python 的一个标准库，它提供了和 C 语言库进行交互的能力，允许在 Python 代码中调用 C 库中的函数，并操作 C 语言数据类型。使用 ctypes 可以创建、访问和修改 C 数据类型，并且可以加载动态链接库（DLLs，在 Windows 上）或共享库（.so 文件，在 Unix/Linux 上），调用其中定义的函数。

✨基本数据类型

在 ctypes 中，为了和 C 语言的数据类型相匹配，提供了以下一些基本的数据类型：

c_bool：布尔类型
c_char：字符类型
c_wchar：宽字符类型
c_byte：字节类型
c_ubyte：无符号字节类型
c_short：短整型
c_ushort：无符号短整型
c_int：整型
c_uint：无符号整型
c_long：长整型
c_ulong：无符号长整型
c_longlong：长长整型
c_ulonglong：无符号长长整型
c_float：单精度浮点型
c_double：双精度浮点型
c_longdouble：长双精度浮点型
c_char_p：字符指针类型（用于字符串）
c_wchar_p：宽字符指针类型（用于宽字符串）
c_void_p：void 指针类型

✨内存操作函数

ctypes 提供了一些内存操作的函数，用来创建和操作内存中的 C 数据结构：
byref(obj): 获取对象的内存地址。
pointer(obj): 创建指向对象的指针。
sizeof(obj): 获取对象或类型的大小。
addressof(obj): 获取对象的内存地址。
string_at(addr [, size]): 从指定的内存地址读取字符串。
wstring_at(addr [, size]): 从指定的内存地址读取宽字符串。

✨函数调用

使用 ctypes 调用 C 函数时，你首先需要加载相应的库，然后设置函数的原型（参数类型和返回类型），最后就可以调用函数了。下面是一个调用 C 库函数的例子：

from ctypes import *# 加载动态链接库
lib = cdll.LoadLibrary('libc.so.6')# 获取库中函数的引用
puts = lib.puts# 设置函数参数类型和返回类型
puts.argtypes = [c_char_p]
puts.restype = c_int# 调用函数
puts(b'Hello, world!')

此例中，我们加载了 C 标准库 libc，并从中获取了 puts 函数的引用。我们设置了函数的参数类型为 c_char_p（字符指针），因为 puts 函数接收一个字符串指针作为参数，设置返回类型为 c_int。

✨举例

下面是一个使用 ctypes 调用 C 标准数学库中函数 cos 的例子：

from ctypes import *# 加载数学库
math_lib = cdll.LoadLibrary('libm.so.6')# 获取库中 `cos` 函数的引用
cos_func = math_lib.cos# 设置函数参数类型和返回类型
cos_func.argtypes = [c_double]
cos_func.restype = c_double# 调用 `cos` 函数
result = cos_func(3.14159265 / 3)  # 计算 cos(pi/3)
print(result)  # 输出结果

✨创建和操作结构体（Struct）

C 语言中的结构体在 ctypes 中可以用类来表示。下面是如何定义和使用 C 结构体的例子。

首先是 C 语言中的结构体定义

struct Point {int x;int y;
};

在 Python 中使用 ctypes 表示上述结构体：

from ctypes import *class Point(Structure):_fields_ = [("x", c_int),("y", c_int)]# 使用结构体
point = Point(10, 20)
print(point.x, point.y)  # 输出：10 20# 用 byref 传递结构体引用
some_c_function(byref(point))

✨创建数组类型

使用 ctypes 可以创建 C 数组类型。下面是定义和使用 C 整型数组的例子。

C 语言中数组定义：

int arr[5];

在 Python 中使用 ctypes 表示上述数组：

from ctypes import *IntArray5 = c_int * 5  # 创建一个包含5个整数的数组类型
arr = IntArray5(1, 2, 3, 4, 5)  # 初始化数组
for i in arr:print(i)  # 输出数组元素

✨正确处理字符串

处理字符串时，可以使用 create_string_buffer 来创建 char 数组。

例如，当你需要一个可修改的字符串缓冲区作为函数参数时：

from ctypes import *# 创建字符串缓冲区
buffer = create_string_buffer(50)  # 创建一个容量为50的字符数组# 用某个函数填充缓冲区
# some_c_function_that_fills_buffer(buffer, len(buffer))# 获取缓冲区的内容
print(buffer.value)

✨使用回调函数

在 ctypes 中还可以定义 Python 函数作为 C 语言的回调函数。例如，使用 CFUNCTYPE 创建一个回调函数类型。

from ctypes import *# 定义回调函数类型，这里是 int (*)(int)
CMPFUNC = CFUNCTYPE(c_int, c_int)# Python 中定义的回调函数
def py_cmp_func(a):print("py_cmp_func called with", a)return -a# 使用 CFUNCTYPE 创建 C 可调用的函数指针
cmp_func = CMPFUNC(py_cmp_func)# 假设有一个 C 函数需要回调函数作为参数
# some_c_function_that_takes_callback(cmp_func)# 该 C 函数在某个时刻会调用传进去的回调函数