摘要：最近了解了提供的一個外部函數庫它提供了語言兼容的幾種數據類型，并且可以允許調用編譯好的庫。這里是閱讀相關資料的一個記錄，內容大部分來自官方文檔。注意，提供的接口會在不同系統上有出入，比如為了加載動態鏈接庫，在上提供的是而在上提供的是和。

https://docs.python.org/2.7/l...

http://www.ibm.com/developerw...

一直對不同語言間的交互感興趣，python和C語言又深有淵源，所以對python和c語言交互產生了興趣。
最近了解了python提供的一個外部函數庫 ctypes, 它提供了C語言兼容的幾種數據類型，并且可以允許調用C編譯好的庫。
這里是閱讀相關資料的一個記錄，內容大部分來自官方文檔。

ctypes 提供了一些原始的C語言兼容的數據類型，參見下表,其中第一列是在ctypes庫中定義的變量類型，第二列是C語言定義的變量類型，第三列是Python語言在不使用ctypes時定義的變量類型。

| ctypes type  | C type                                 | Python type                |
|--------------+----------------------------------------+----------------------------|
| c_bool       | _Bool                                  | bool (1)                   |
| c_char       | char                                   | 1-character string         |
| c_wchar      | wchar_t                                | 1-character unicode string |
| c_byte       | char                                   | int/long                   |
| c_ubyte      | unsigned char                          | int/long                   |
| c_short      | short                                  | int/long                   |
| c_ushort     | unsigned short                         | int/long                   |
| c_int        | int                                    | int/long                   |
| c_uint       | unsigned int                           | int/long                   |
| c_long       | long                                   | int/long                   |
| c_ulong      | unsigned long                          | int/long                   |
| c_longlong   | __int64 or long long                   | int/long                   |
| c_ulonglong  | unsigned __int64 or unsigned long long | int/long                   |
| c_float      | float                                  | float                      |
| c_double     | double                                 | float                      |
| c_longdouble | long double                            | float                      |
| c_char_p     | char * (NUL terminated)                | string or None             |
| c_wchar_p    | wchar_t * (NUL terminated)             | unicode or None            |
| c_void_p     | void *                                 | int/long or None           |

創建簡單的ctypes類型如下:

>>> c_int()
c_long(0)
>>> c_char_p("Hello, World")
c_char_p("Hello, World")
>>> c_ushort(-3)
c_ushort(65533)
>>>

使用 .value 訪問和改變值:

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

改變指針類型的變量值:

>>> 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                 # 一開始賦值的字符串并不會改變， 因為這里指針的實例改變的是指向的內存地址，不是直接改變內存里的內容
Hello, World
>>>

如果需要直接操作內存地址的數據類型：

>>> from ctypes import *
>>> p = create_string_buffer(3)      # create a 3 byte buffer, initialized to NUL bytes
>>> print sizeof(p), repr(p.raw)
3 "x00x00x00"
>>> p = create_string_buffer("Hello")      # create a buffer containing a NUL terminated string
>>> print sizeof(p), repr(p.raw)          # .raw 訪問內存里存儲的內容
6 "Hellox00"
>>> print repr(p.value)                   # .value 訪問值
"Hello"
>>> p = create_string_buffer("Hello", 10)  # create a 10 byte buffer
>>> print sizeof(p), repr(p.raw)
10 "Hellox00x00x00x00x00"
>>> p.value = "Hi"
>>> print sizeof(p), repr(p.raw)
10 "Hix00lox00x00x00x00x00"
>>>

下面的例子演示了使用C的數組和結構體:

>>> class POINT(Structure):                 # 定義一個結構，內含兩個成員變量 x，y，均為 int 型
...     _fields_ = [("x", c_int),
...                 ("y", c_int)]
...
>>> point = POINT(2,5)                            # 定義一個 POINT 類型的變量，初始值為 x=2, y=5
>>> print point.x, point.y                     # 打印變量
2 5
>>> point = POINT(y=5)                                  # 重新定義一個 POINT 類型變量，x 取默認值
>>> print point.x, point.y                     # 打印變量
0 5
>>> POINT_ARRAY = POINT * 3                    # 定義 POINT_ARRAY 為 POINT 的數組類型
# 定義一個 POINT 數組，內含三個 POINT 變量
>>> pa = POINT_ARRAY(POINT(7, 7), POINT(8, 8), POINT(9, 9))
>>> for p in pa: print p.x, p.y                # 打印 POINT 數組中每個成員的值
...
7 7
8 8
9 9

創建指針實例

>>> from ctypes import *
>>> i = c_int(42)
>>> pi = pointer(i)
>>>

>>> pi.contents
c_long(42)
>>>

使用cast()類型轉換

>>> class Bar(Structure):
...     _fields_ = [("count", c_int), ("values", POINTER(c_int))]
...
>>> bar = Bar()
>>> bar.values = (c_int * 3)(1, 2, 3)
>>> bar.count = 3
>>> for i in range(bar.count):
...     print bar.values[i]
...
1
2
3
>>>


>>> bar = Bar()
>>> bar.values = cast((c_byte * 4)(), POINTER(c_int))   # 這里轉成需要的類型
>>> print bar.values[0]
0
>>>

類似于C語言定義函數時，會先定義返回類型，然后具體實現再定義，當遇到下面這種情況時，也需要這么干:

>>> class cell(Structure):
...     _fields_ = [("name", c_char_p),
...                 ("next", POINTER(cell))]
...
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in ?
  File "", line 2, in cell
NameError: name "cell" is not defined
>>>

# 不能調用自己，所以得像下面這樣
>>> from ctypes import *
>>> class cell(Structure):
...     pass
...
>>> cell._fields_ = [("name", c_char_p),
...                  ("next", POINTER(cell))]
>>>

可以簡單地將"so"和"dll"理解成Linux和windows上動態鏈接庫的指代，這里我們以Linux為例。注意，ctypes提供的接口會在不同系統上有出入，比如為了加載動態鏈接庫， 在Linux上提供的是 cdll, 而在Windows上提供的是 windll 和 oledll 。

from ctypes import *
>>> cdll.LoadLibrary("libc.so.6")

>>> libc = CDLL("libc.so.6")
>>> libc

>>>

>>> print libc.time(None)
1150640792
>>> print hex(windll.kernel32.GetModuleHandleA(None))
0x1d000000
>>>

ctypes會尋找 _as_paramter_ 屬性來用作調用函數的參數傳入，這樣就可以傳入自己定義的類作為參數，示例如下:

>>> class Bottles(object):
...     def __init__(self, number):
...         self._as_parameter_ = number
...
>>> bottles = Bottles(42)
>>> printf("%d bottles of beer
", bottles)
42 bottles of beer
19
>>>

用 argtypes 和 restype 來指定調用的函數返回類型。

>>> printf.argtypes = [c_char_p, c_char_p, c_int, c_double]
>>> printf("String "%s", Int %d, Double %f
", "Hi", 10, 2.2)
String "Hi", Int 10, Double 2.200000
37
>>>



>>> strchr = libc.strchr
>>> strchr("abcdef", ord("d"))
8059983
>>> strchr.restype = c_char_p   # c_char_p is a pointer to a string
>>> strchr("abcdef", ord("d"))
"def"
>>> print strchr("abcdef", ord("x"))
None
>>>

這里我只是列出了 ctypes 最基礎的部分，還有很多細節請參考官方文檔。

這兩天文章沒有寫，先是早出晚歸出去玩了一整天，然后加班到凌晨3點左右，一天一篇計劃劃水得嚴重啊…