Python调用c库学习
Python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。
一、
ctypes原理及优缺点
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。在Windows平台下，最终调用的是Windows API中LoadLibra
ry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
。
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
（理解为不能直接调用当前
so中包含的其他so文件中的函数
）
·
对C++的支持差
二、
一个简单的demo
1）、实现test_ctypes.c文件，内容如下：
#include <stdio.h>
int sum(int a,int b)
{
return a+b;
}
int main()
{
print("hello ctypes!sum:%d\n",sum(1,2));
return 0;
}
2）、编译为动态so库：
gcc -fPIC -shared test_ctypes.c -o test_ctypes.so
3）、在python中调用sum函数或者main函数
so相互依赖问题的解决：
so相互依赖时使用RTLD_LAZY标志加载so库，先不解析未找到的symbol；后续在调用到这些symbol时会全局搜素，找得到就会调用。
import ctypes
#此处如果出现so之间的相互依赖关系，可以参考是用dlopen的RTLD_*相关的flag，如mode=1|RTLD_GLOBAL
test=ctypes.CDLL("test_ctypes.so")
test.main()
三、结构体的使用
如c结构体：
struct stu{
int a,
char b,
int c,
};
在python中使用需转换为类结构，然后再实例为对象赋值操作：
class stu(Structure):
_fields_=[
("a",c_int),
("b",c_char),
("c",c_int)
]
mstu = stu()
mstu.a = 1
mstu.b = 2
mstu.c = 3
指针变量的传递：
sk = c_int()//定义int类型的变量；
将此变量以int *型作为参数传递到函数(int test(int * a))中去：
mlib.test(ctypes.byref(sk))
sk.value 获取sk的值四、回调函数
ctypes
允许从Python callables创建C可调用函数指针。这些有时称为回调函数。
首先，您必须为回调函数创建一个类。该类知道调用约定，返回类型以及此函数将接收的参数的数量和类型。
CFUNCTYPE()
工厂函数使用
cdecl
调用约定为回调函数创建类型。在Windows上，
WINFUNCTYPE()
factory函数使用
stdcall
调用约定为回调函数创建类型。
这两个工厂函数都以结果类型作为第一个参数调用，而回调函数将期望的参数类型作为其余参数
如需要回调的python函数为：
def test_callback(a,b):
print a,b
return 0
如果要将此函数注册到c函数中作为回调函数使用，首先要创建一个类来说明此函数的参数类型及返回值类型。
它们描述一个函数(返回类型,参数类型,调用约定)而不定义实现.
ctypes.CFUNCTYPE(restype, *argtypes, use_errno=False, use_last_error=False)
返回的函数原型创建使用标准C调用约定的函数.该功能将在调用期间释放GIL.
如果use_errno设置为True,系统errno变量的ctypes私有副本将与调用前后的实际errno值进行交换;
use_last_error对Windows错误代码执行相同操作.
如上python函数创建的类如下：
functype = ctypes.CFUNCTYPE(c_int,c_int,c_int)
c_callback_python = functype(test_callback)
将此回调函数注册到c库函数中待调用：
mlibc.register_py_to_c(c_callback_python)
注意
只要从C代码中使用它们，请确保保留对 CFUNCTYPE() 对象的引用。 ctypes 没有，如果你不这样做，它们可能被垃圾收集，在回调时崩溃你的程序。
另外，请注意，如果在Python控件之外创建的线程中调用回调函数（例如，通过调用回调的外部代码），ctypes会在每次调用时创建一个新的虚拟Python线程。对于大多数用途，此行为是正确的，但这意味着使用 threading.local 存储的值将无法在不同的回调中生存，即使这些调用是从同一个C线程进行的。五、结构体传递回调函数
c中callback数据结构如下：
struct callback_all{
int (*callback1)(int),
int (*callback2)(int),
int (*callback3)(int)
};
python中创建转换之后的类如下：
class py_callback_all(Structure):
__fields_ = [
("callback1",CFUNCTYPE(c_int,c_int)),
("callback2",CFUNCTYPE(c_int,c_int)),
("callback3",CFUNCTYPE(c_int,c_int))
]
针对此结构体的使用：
callback_all=py_callback_all()
callback_all.callback1 = c_callback_python
callback_all.callback2 = c_callback_python
callback_all.callback3 = c_callback_python
假设mlib库下有函数int test_callback_struct(struct test_callback_all *callback);
mlibc.test_callback_struct.argtypes = [POINTER(py_callback_all)] #特别注意此处，直接传递callback_all也不会报错，但是会导致callback1、callback2、callback3死活回调不对。
mlibc.test_callback_struct(callback_all)
参考链接：
https://www.docs4dev.com/docs/zh/python/3.7.2rc1/all/library-ctypes.html
https://cloud.tencent.com/developer/section/1370537
https://docs.python.org/2.6/library/ctypes.html