一: 模块介绍
模块ctypes是Python内建的用于调用动态链接库函数的功能模块,一定程度上可以用于Python与其他语言的混合编程。由于编写动态链接库,使用C/C++是最常见的方式,故ctypes最常用于Python与C/C++混合编程之中。
二:ctypes 的原理以及优缺点
从ctypes的文档中可以推断,在各个平台上均使用了对应平台动态加载动态链接库的方法,并通过一套类型映射的方式将Python与二进制动态链接库相连接。通过阅读ctypes本身的代码也可以印证这个推断(/Modules/_ctypes/_ctypes.c和/Modules/_ctypes/callproc.c)。在Windows平台下,最终调用的是Windows API中LoadLibrary函数和GetProcAddress函数,在Linux和Mac OS X平台下,最终调用的是Posix标准中的dlopen和dlsym函数。ctypes 实现了一系列的类型转换方法,Python的数据类型会包装或直接推算为C类型,作为函数的调用参数;函数的返回值也经过一系列的包装成为Python类型。也就是说,PyObject* <-> C types的转换是由ctypes内部完成的,这和SWIG是同一个原理。
从ctypes的实现原理不难看出:
ctypes 有以下优点:
- Python内建,不需要单独安装
- 可以直接调用二进制的动态链接库
- 在Python一侧,不需要了解Python内部的工作方式
- 在C/C++一侧,也不需要了解Python内部的工作方式
- 对基本类型的相互映射有良好的支持
ctypes 有以下缺点:
- 平台兼容性差
- 不能够直接调用动态链接库中未经导出的函数或变量
- 对C++的支持差
就个人的经验来看,ctypes 适合于“中轻量级”的Python C/C++混合编程。特别是遇到第三方库提供动态链接库和调用文档,且没有编译器或编译器并不互相兼容的场合下,使用ctypes特别方便。值得注意的是,对于某种需求,在Python本身就可以实现的情况下(例如获取系统时间、读写文件等),应该优先使用Python自身的功能而不要使用操作系统提供的API接口,否则你的程序会丧失跨平台的特性。
三:使用举例
linux下测试:hello word
#include<stdio.h> int main() { printf("Hello World!"); return 1; }
这里只有一个main函数,注意:gcc(Linux和Mac OS X的默认编译器)下,所有函数默认均导出,windows需要
接下来把它编译为动态链接库。Windows下动态链接库的扩展名是dll,Linux下是so,Mac OS X下是dylib。这里为了方便起见,一律将扩展名设定为dll。
Windows GCC、Linux、Mac OS X下编译命令相同:
gcc -fPIC -shared -msse4.2 hello.c -o hello.dll #或者为hello.so
使用python来调用:
>>> from ctypes import *
>>>mm = cdll.LoadLibrary('hello.dll')##或者为hello.so,
>>> mm.main()
hello world!1
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