Python 与 C 混合编程 1

      在”Python学习笔记1——安装与运行“一节中，说明了Python的两个特性。可扩展性和可嵌入性。可扩展性，即python调用C/C++函数。 该博客提到了ctypes模块，于是利用help命令查看帮助。 这是它的英文在线帮助文档， 这是翻译过来的中文文档。
     接下来的几篇博文，是自己边看中文文档边思考的的内容。

Python若要调用C函数，它需要提供以下支持：
    1、C函数如何供应用程序调用——动态链接库
   2、Python需要提供参数和返回值的数据类型，应该支持：基本数据类型、struct/class、union、enum；也要支持指针和引用。

加载动态链接库

    调用约定关系到函数参数入栈的方式，每个动态链接库都有它自己的调用约定。使用者在使用动态库的函数时也要保持一致的调用约定。
    Linux系统中动态库的默认调用约定是cdecl，所以它加载动态链接库的方式为：cdll.LoadLibrary("libc.so.6")  . 标准库可以直接给定动态库的名称，那么其它库该如何加载？ 以绝对路径作为参数即可。

基本数据类型

    C语言中基本数据类型有：char、short、int 、long、float、double。
   在Python中，对应的数据类型是：c_char、c_short、c_int、c_long、c_float、c_double。 使用以下面的例子对c_XXX类型进行分析：

>>> from ctypes import *

>>> libc=cdll.LoadLibrary("libc.so.6")

>>> printf=libc.printf

>>> printf("%c\n","c")          //虽然有输出结果，但明显出错。这是因为Linux下调用C函数时，不存在数据类型的检查工作。

D

2

>>> cc=c_char("c")

>>> printf("%c\n",cc)           //这时才有正确的输出.

c

2

>>> cc.value                        //这是访问c_char的value值

'c'

>>> xxx='K'

>>> cc.value = xxx             //更改c_char类型的值

>>> cc.value

'K'

>>> cc.value='P'

>>> xxx                               //注意，cc.value值得修改不影响原先xxx的值.

'K'

数组、指针和引用

        我们还是以基本数据类型为考虑对象，看一下它们对应的数组、指针和引用该如何表示。
        数组：比如要创建含有10个元素的int类型的数组。步骤一：iArray= c_int *10，iArray是一个数组类型；步骤二：iA=iArray() 生成数组对象实例。
数组中元素的访问方式：

>>> iArray= c_int *10

>>> iA=iArray()
>>> iA[3]=3

>>> for x in range(0,10):

...     print iA[x]

        我们知道：数组和指针是有一定的关系的。下面的函数调用

int add(int num1[])     

{

    return num1[0] + num1[1];

}

>>> lib.add(cA)     //这里无论是int num1[] 或者是 int * num1, 结果都一样。

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实验发现：.so文件如果修改过，那么简单的再次执行LoadLibrary函数试图加载.so时，没有达到我们想要的结果。只能重新运行python

        指针： C语言定义一个结构的指针只需要利用*即可，Python则仍然使用函数poniters来完成。如下所示：

通过调用ctypes类型的指针函数来创建指针实例 

>>> from ctypes import * 

>>> i=c_int(42)

>>> pi=pointers(i)

>>> pi.contents

c_long(42)

>>> pi.contents = c_int(20)

>>> pi.contents

c_long(20)

>>> i

c_long(42)

        注意：这里并没有改变i的值.  每次查看contents属性时，python会产生一个全新的对象。所以 pi.contents = c_int(20)并没有造成修改i对象，
反而让pi指向了另一个对象，且该对象只能通过pi来访问。

>>> pi=pointer(i)

>>> i

c_long(100)

>>> i.value=100000

>>> pi.contents

c_long(100000)

        那么应用在C函数中是什么效果？

>>> from ctypes import *

>>> lib=cdll.LoadLibrary("/usr/local/lib/yan/return_types_of_values.so")

>>> ci = c_int(100)

>>> ci

c_long(100)

>>> pi=pointer(ci)

>>> lib.add(pi)

200

>>> ci

c_long(200)

补充：指针的类型。

>>> PI = POINTER(c_int)        //从此不需要type(pointer (c_int()) ) .

>>> PI 
 

>>> PI(c_int(42)) 

 

>>> 

>>> null_ptr = POINTER(c_int)() 

>>> print bool(null_ptr) 

False 

        引用：C语言对数据结构的引用，使用&；Python对数据结构的引用，使用byref函数。help(brref)这样写到：only usable as function argument。

所以别妄想在Python中使用byref的返回值。 

>>> cc=c_float(2)

>>> cc.value

2.0

>>> rr=byref(cc)

>>> libc.sscanf("2.2", "%f", rr)

1

>>> cc.value

2.200000047683716