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python調用C/C++動態(tài)庫的實踐案例

 更新時間：2025年09月30日 09:37:59   作者：越甲八千  
python是動態(tài)語言,c++是靜態(tài)語言,下面這篇文章主要介紹了python調用C/C++動態(tài)庫的相關資料,文中通過代碼介紹的非常詳細,需要的朋友可以參考下

前言

Python通過ctypes模塊可以方便地調用C/C++編寫的動態(tài)庫（Windows下為DLL，Linux下為SO文件）。這種方式允許Python與底層系統進行高效交互，廣泛用于硬件控制、高性能計算等場景。

基本原理

  1. 動態(tài)庫加載：使用ctypes.CDLL（加載C庫）或ctypes.WinDLL（加載Windows特定的stdcall調用約定的DLL）加載動態(tài)庫文件
  2. 函數參數與返回值類型聲明：明確指定C函數的參數類型和返回值類型，確保數據傳遞正確
  3. 數據類型映射：將Python數據類型轉換為C兼容的數據類型（如整數、字符串、結構體等）

實踐案例

1. 簡單C函數調用示例

C代碼（保存為example.c）：

// example.c
#include <stdio.h>

// 簡單加法函數
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// 字符串處理函數
void reverse_string(char* str) {
    int len = 0;
    while (str[len] != '\0') len++;
    
    for (int i = 0; i < len/2; i++) {
        char temp = str[i];
        str[i] = str[len - i - 1];
        str[len - i - 1] = temp;
    }
}

編譯為動態(tài)庫：

# Linux/macOS
gcc -shared -o example.so -fPIC example.c

# Windows (MinGW)
gcc -shared -o example.dll example.c

Python調用代碼：

import ctypes

# 加載動態(tài)庫
lib = ctypes.CDLL('./example.so')  # Linux/macOS
# lib = ctypes.CDLL('./example.dll')  # Windows

# 調用add函數
add_result = lib.add(3, 4)
print(f"3 + 4 = {add_result}")  # 輸出: 7

# 調用reverse_string函數
# 注意：需要傳遞可變的字節(jié)數組
s = ctypes.create_string_buffer(b"hello")
lib.reverse_string(s)
print(f"Reversed: {s.value.decode()}")  # 輸出: olleh

2. 傳遞和返回結構體

C代碼（保存為struct_example.c）：

#include <stdio.h>

// 定義結構體
typedef struct {
    int x;
    int y;
} Point;

// 結構體加法函數
Point add_points(Point a, Point b) {
    Point result;
    result.x = a.x + b.x;
    result.y = a.y + b.y;
    return result;
}

// 修改結構體內容
void scale_point(Point* p, int factor) {
    p->x *= factor;
    p->y *= factor;
}

編譯為動態(tài)庫：

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

Python調用代碼：

import ctypes

# 加載動態(tài)庫
lib = ctypes.CDLL('./struct_example.so')

# 定義Point結構體
class Point(ctypes.Structure):
    _fields_ = [
        ("x", ctypes.c_int),
        ("y", ctypes.c_int)
    ]

# 設置函數參數和返回值類型
lib.add_points.argtypes = [Point, Point]
lib.add_points.restype = Point

lib.scale_point.argtypes = [ctypes.POINTER(Point), ctypes.c_int]
lib.scale_point.restype = None

# 調用add_points函數
p1 = Point(1, 2)
p2 = Point(3, 4)
result = lib.add_points(p1, p2)
print(f"({p1.x}, {p1.y}) + ({p2.x}, {p2.y}) = ({result.x}, {result.y})")
# 輸出: (1, 2) + (3, 4) = (4, 6)

# 調用scale_point函數
p = Point(5, 6)
lib.scale_point(ctypes.byref(p), 2)
print(f"縮放后的點: ({p.x}, {p.y})")
# 輸出: 縮放后的點: (10, 12)

3. 處理數組和指針

C代碼（保存為array_example.c）：

#include <stdio.h>

// 計算數組元素之和
int sum_array(int* arr, int size) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        sum += arr[i];
    }
    return sum;
}

// 修改數組內容
void multiply_array(int* arr, int size, int factor) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        arr[i] *= factor;
    }
}

編譯為動態(tài)庫：

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

Python調用代碼：

import ctypes

# 加載動態(tài)庫
lib = ctypes.CDLL('./array_example.so')

# 創(chuàng)建C整數數組類型
IntArray5 = ctypes.c_int * 5  # 定義長度為5的整數數組

# 設置函數參數類型
lib.sum_array.argtypes = [ctypes.POINTER(ctypes.c_int), ctypes.c_int]
lib.sum_array.restype = ctypes.c_int

lib.multiply_array.argtypes = [ctypes.POINTER(ctypes.c_int), ctypes.c_int, ctypes.c_int]
lib.multiply_array.restype = None

# 調用sum_array函數
arr = IntArray5(1, 2, 3, 4, 5)
sum_result = lib.sum_array(arr, 5)
print(f"數組和: {sum_result}")  # 輸出: 15

# 調用multiply_array函數
lib.multiply_array(arr, 5, 10)
print(f"修改后的數組: {[arr[i] for i in range(5)]}")
# 輸出: [10, 20, 30, 40, 50]

4. 調用C++類和函數（需要extern “C”）

C++代碼（保存為cpp_example.cpp）：

#include <iostream>
using namespace std;

// C++類
class Calculator {
public:
    int add(int a, int b) { return a + b; }
    int subtract(int a, int b) { return a - b; }
};

// 封裝C++類的C接口
extern "C" {
    // 創(chuàng)建對象
    Calculator* Calculator_new() { return new Calculator(); }
    // 釋放對象
    void Calculator_delete(Calculator* calc) { delete calc; }
    // 調用成員函數
    int Calculator_add(Calculator* calc, int a, int b) { return calc->add(a, b); }
    int Calculator_subtract(Calculator* calc, int a, int b) { return calc->subtract(a, b); }
}

編譯為動態(tài)庫：

g++ -shared -o cpp_example.so -fPIC cpp_example.cpp

Python調用代碼：

import ctypes

# 加載動態(tài)庫
lib = ctypes.CDLL('./cpp_example.so')

# 定義函數參數和返回值類型
lib.Calculator_new.restype = ctypes.c_void_p
lib.Calculator_delete.argtypes = [ctypes.c_void_p]
lib.Calculator_add.argtypes = [ctypes.c_void_p, ctypes.c_int, ctypes.c_int]
lib.Calculator_add.restype = ctypes.c_int
lib.Calculator_subtract.argtypes = [ctypes.c_void_p, ctypes.c_int, ctypes.c_int]
lib.Calculator_subtract.restype = ctypes.c_int

# 創(chuàng)建Calculator對象
calc_ptr = lib.Calculator_new()

# 調用成員函數
result_add = lib.Calculator_add(calc_ptr, 10, 5)
result_sub = lib.Calculator_subtract(calc_ptr, 10, 5)

print(f"10 + 5 = {result_add}")  # 輸出: 15
print(f"10 - 5 = {result_sub}")  # 輸出: 5

# 釋放對象
lib.Calculator_delete(calc_ptr)

常見問題與解決方案

  1. 找不到動態(tài)庫文件

    • 確保動態(tài)庫文件在正確路徑下
    • 使用絕對路徑加載庫：ctypes.CDLL('/path/to/library.so')

  2. 參數類型不匹配

    • 始終顯式設置argtypes和restype
    • 對于字符串，使用ctypes.create_string_buffer()創(chuàng)建可變字節(jié)數組

  3. 處理C++類

    • 必須使用extern "C"封裝C++接口
    • 通過指針管理對象生命周期（創(chuàng)建和銷毀）

  4. 內存管理問題

    • 手動管理動態(tài)分配的內存（如使用delete釋放C++對象）
    • 避免返回指向局部變量的指針

通過ctypes調用C/C++動態(tài)庫是Python與底層系統交互的強大方式，能夠在保持Python靈活性的同時獲得C/C++的高性能。

總結

到此這篇關于python調用C/C++動態(tài)庫的文章就介紹到這了,更多相關python調用C/C++動態(tài)庫內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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