python ctypes的作用有哪些

這篇文章將為大家詳細講解有關python ctypes的作用有哪些，文章內容質量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關知識有一定的了解。

ctypes是python的一個函數(shù)庫，提供和C語言兼容的數(shù)據類型，可以直接調用動態(tài)鏈接庫中的導出函數(shù)。

為了使用ctypes，必須依次完成以下步驟：

·加載動態(tài)鏈接庫

·將python對象轉換成ctypes所能識別的參數(shù)

·使用ctypes所能識別的參數(shù)調用動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)

動態(tài)鏈接庫加載方式有三種：

·cdll

·windll

·oledll

它們的不同之處在于：動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)所遵守的函數(shù)調用方式（calling convention）以及返回方式有所不同。

cdll用于加載遵循cdecl調用約定的動態(tài)鏈接庫，windll用于加載遵循stdcall調用約定的動態(tài)鏈接庫，oledll與windll完全相同，只是會默認其載入的函數(shù)統(tǒng)一返回一個Windows HRESULT錯誤編碼。

函數(shù)調用約定：函數(shù)調用約定指的是函數(shù)參數(shù)入棧的順序、哪些參數(shù)入棧、哪些通過寄存器傳值、函數(shù)返回時棧幀的回收方式
（是由調用者負責清理，還是被調用者清理）、函數(shù)名稱的修飾方法等等。常見的調用約定有cdecl和stdcall兩種。
在《程序員的自我修養(yǎng)--鏈接、裝載與庫》一書的第10章有對函數(shù)調用約定的更詳細介紹。  
cdecl規(guī)定函數(shù)參數(shù)列表以從右到左的方式入棧，且由函數(shù)的調用者負責清除棧幀上的參數(shù)。stdcall的參數(shù)入棧方式與cdecl一致，
但函數(shù)返回時是由被調用者自己負責清理棧幀。而且stdcall是Win32 API函數(shù)所使用的調用約定。

例子：

Linux下：

或者：

其他例子：

一個完整的例子：

1.編寫動態(tài)鏈接庫

// filename: foo.c
#include "stdio.h"
char* myprint(char *str)
{
    puts(str);
    return str;
}
float add(float a, float b)
{
    return a + b;
}

將foo.c編譯為動態(tài)鏈接庫：

gcc -fPIC -shared foo.c -o foo.so

2.使用ctypes調用foo.so

#coding:utf8
#FILENAME:foo.py
from ctypes import *
foo = CDLL('./foo.so')
myprint = foo.myprint
myprint.argtypes = [POINTER(c_char)] # 參數(shù)類型為char指針
myprint.restype = c_char_p # 返回類型為char指針
res = myprint('hello ctypes')
print(res)
add = foo.add
add.argtypes = [c_float, c_float] # 參數(shù)類型為兩個float
add.restype = c_float # 返回類型為float
print(add(1.3, 1.2))

執(zhí)行：

[jingjiang@iZ255w0dc5eZ test]$ python2.6 foo.py 
hello ctypes
hello ctypes
2.5

ctypes數(shù)據類型和C數(shù)據類型對照表

查找動態(tài)鏈接庫

>>> from ctypes.util import find_library
>>> find_library("m")
'libm.so.6'
>>> find_library("c")
'libc.so.6'
>>> find_library("bz2")
'libbz2.so.1.0'

函數(shù)返回類型

函數(shù)默認返回 C int 類型，如果需要返回其他類型，需要設置函數(shù)的 restype 屬性。

>>> from ctypes import *
>>> from ctypes.util import find_library
>>> libc = cdll.LoadLibrary(find_library("c"))
>>> strchr = libc.strchr
>>> strchr("abcdef", ord("d"))
-808023673
>>> strchr.restype = c_char_p
>>> strchr("abcdef", ord("d"))
'def'
>>> strchr("abcdef", ord("x"))

回調函數(shù)

·定義回調函數(shù)類型，類似于c中的函數(shù)指針，比如：void (*callback)(void* arg1, void* arg2)，定義為：callack = CFUNCTYPE(None, cvoidp, cvoidp)

None表示返回值是void，也可以是其他類型。剩余的兩個參數(shù)與c中的回調參數(shù)一致。

·定義python回調函數(shù)：

def _callback(arg1, arg2):
    #do sth
    # ...
    #return sth

·注冊回調函數(shù)：

cb = callback(_callback)

另外，使用ctypes可以避免GIL的問題。

一個例子：

//callback.c
#include "stdio.h"
void showNumber(int n, void (*print)())
{
    (*print)(n);
}

編譯成動態(tài)鏈接庫：

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

編寫測試代碼：

#FILENAME:callback.py
from ctypes import *
_cb = CFUNCTYPE(None, c_int)
def pr(n):
    print 'this is : %d' % n 
cb = _cb(pr)
callback = CDLL("./callback.so")
showNumber = callback.showNumber
showNumber.argtypes = [c_int, c_void_p]
showNumber.restype = c_void_p
for i in range(10):
    showNumber(i, cb)

執(zhí)行：

$ python2.7 callback.py 
this is : 0 
this is : 1 
this is : 2 
this is : 3 
this is : 4 
this is : 5 
this is : 6 
this is : 7 
this is : 8 
this is : 9

 結構體和聯(lián)合

union(聯(lián)合體 共用體)
1、union中可以定義多個成員，union的大小由最大的成員的大小決定。 
2、union成員共享同一塊大小的內存，一次只能使用其中的一個成員。 
3、對某一個成員賦值，會覆蓋其他成員的值（也不奇怪，因為他們共享一塊內存。但前提是成員所占字節(jié)數(shù)相同，
當成員所占字節(jié)數(shù)不同時只會覆蓋相應字節(jié)上的值，>比如對char成員賦值就不會把整個int成員覆蓋掉，因為char只占一個字節(jié)，
而int占四個字節(jié)）
4、聯(lián)合體union的存放順序是所有成員都從低地址開始存放的。

結構體和聯(lián)合必須從Structure和Union繼承，子類必須定義__fields__屬性，__fields__屬性必須是一個二元組的列表，包含field的名稱和field的類型，field類型必須是一個ctypes的類型，例如：c_int, 或者其他繼承自ctypes的類型，例如：結構體，聯(lián)合，數(shù)組，指針。

from ctypes import *
class Point(Structure):
    __fields__ = [         ("x", c_int),
        ("y", c_int),
    ]   
    def __str__(self):
        return "x={0.x}, y={0.y}".format(self)
point1 = Point(x=10, y=20)
print "point1:", point1
class Rect(Structure):
    __fields__ = [ 
        ("upperleft", Point),
        ("lowerright", Point),
    ]   
    def __str__(self):
        return "upperleft:[{0.upperleft}], lowerright：[{0.lowerright}]".format(self)
rect1 = Rect(upperleft=Point(x=1, y=2), lowerright=Point(x=3, y=4))
print "rect1:", rect1

運行：

python test.py 
point1: x=10, y=20
rect1: upperleft:[x=1, y=2], lowerright:[x=3, y=4]

數(shù)組

數(shù)組定義很簡單，比如：定義一個有10個Point元素的數(shù)組，

TenPointsArrayType = Point * 10。

初始化和使用數(shù)組：

from ctypes import *
TenIntegersArrayType = c_int * 10
array1 = TenIntegersArrayType(*range(1, 11))print array1
for i in array1:
    print i

運行：

$ python2.7 array.py
<__main__.c_int_Array_10 object at 0x7fad0d7394d0>
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

指針

pointer()可以創(chuàng)建一個指針，Pointer實例有一個contents屬性，返回指針指向的內容。

>>> from ctypes import *
>>> i = c_int(42)
>>> p = pointer(i)
>>> p<__main__.LP_c_int object at 0x7f413081d560>
>>> p.contents
c_int(42)
>>>

可以改變指針指向的內容

>>> i = c_int(99)
>>> p.contents = i
>>> p.contents
c_int(99)

可以按數(shù)組的方式訪問，并改變值

>>> p[0]
99
>>> p[0] = 22
>>> i
c_int(22)

傳遞指針或引用

很多情況下，c函數(shù)需要傳遞指針或引用，ctypes也完美支持這一點。

byref()用來傳遞引用參數(shù)，pointer()也可以完成同樣的工作，但是pointer會創(chuàng)建一個實際的指針對象，如果你不需要一個指針對象，用byref()會快很多。

>>> from ctypes import *
>>> i = c_int()
>>> f = c_float()
>>> s = create_string_buffer('\000' * 32) >>> print i.value, f.value, repr(s.value)
0 0.0 ''
>>> libc = CDLL("libc.so.6")
>>> libc.sscanf("1 3.14 Hello", "%d %f %s", byref(i), byref(f), s)
3   
>>> print i.value, f.value, repr(s.value)
1 3.1400001049 'Hello'

可改變內容的字符串

如果需要可改變內容的字符串，需要使用 createstringbuffer()

>>> from ctypes import *
>>> p = create_string_buffer(3)      # create a 3 byte buffer,  initialized to NUL bytes
>>> print sizeof(p), repr(p.raw)
3 '/x00/x00/x00'>>> p = create_string_buffer("Hello")      # create a buffer containing a NUL terminated string
>>> print sizeof(p), repr(p.raw)
6 'Hello/x00'
>>> print repr(p.value)
'Hello'
>>> p = create_string_buffer("Hello", 10)  # create a 10 byte buffer
>>> print sizeof(p), repr(p.raw)
10 'Hello/x00/x00/x00/x00/x00'
>>> p.value = "Hi"
>>> print sizeof(p), repr(p.raw)
10 'Hi/x00lo/x00/x00/x00/x00/x00'
>>>

賦值給c_char_p，c_wchar_p，c_void_p

只改變他們指向的內存地址，而不是改變內存的內容

>>> s = "Hello, World"
>>> c_s = c_char_p(s)
>>> print c_s
c_char_p('Hello, World')>>> c_s.value = "Hi, there"
>>> print c_s
c_char_p('Hi, there')
>>> print s                 # first string is unchanged
Hello, World
>>>

數(shù)據都可以改變

>>> i = c_int(42)
>>> print i
c_long(42)
>>> print i.value42
>>> i.value = -99
>>> print i.value
-99
>>>

關于python ctypes的作用有哪些就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。