Python 调用 C 模块的方法有多种，包括使用 ctypes、cffi 和编写 Python 扩展模块。 Python 可以通过这些方法与 C 语言的代码进行交互，从而提高执行效率、重用已有的 C 代码或使用特定的 C 库。下面我们将详细描述每种方法及其使用步骤。
一、CTYPES
ctypes 是 Python 的一个外部函数库，它允许调用动态链接库中的函数。
1、加载 C 库
首先，编写一个简单的 C 代码，并将其编译为动态链接库。假设我们有一个简单的 C 函数 add：
// add.c
#include <stdio.h>
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
编译为共享库（在 Linux 上）：
gcc -shared -o libadd.so -fPIC add.c
在 Windows 上：
gcc -shared -o add.dll add.c
2、使用 ctypes 调用 C 函数
在 Python 中使用 ctypes 加载并调用这个库：
import ctypes
加载共享库
if __name__ == "__main__":
lib = ctypes.CDLL('./libadd.so') # 在 Windows 上使用 'add.dll'
# 定义函数原型
lib.add.argtypes = (ctypes.c_int, ctypes.c_int)
lib.add.restype = ctypes.c_int
# 调用函数
result = lib.add(5, 3)
print(f"Result of add(5, 3): {result}")
二、CFFI
CFFI (C Foreign Function Interface) 是另一个用于调用 C 代码的库，提供了更高级的接口。
1、安装 CFFI
首先，通过 pip 安装 cffi：
pip install cffi
2、编写并加载 C 代码
使用 CFFI 加载并调用 C 函数：
from cffi import FFI
ffi = FFI()
定义 C 函数
ffi.cdef("""
int add(int, int);
""")
加载共享库
C = ffi.dlopen('./libadd.so') # 在 Windows 上使用 'add.dll'
调用 C 函数
result = C.add(5, 3)
print(f"Result of add(5, 3): {result}")
三、编写 Python 扩展模块
编写 Python 扩展模块是最灵活、性能最好的方法，但也最复杂。
1、编写 C 扩展模块
首先，编写 C 代码并定义 Python 接口：
// mymodule.c
#include <Python.h>
// 定义 C 函数
static PyObject* py_add(PyObject* self, PyObject* args) {
int a, b;
if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &a, &b)) {
return NULL;
}
return PyLong_FromLong(a + b);
}
// 定义模块方法
static PyMethodDef MyModuleMethods[] = {
{"add", py_add, METH_VARARGS, "Add two numbers"},
{NULL, NULL, 0, NULL}
};
// 定义模块
static struct PyModuleDef mymodule = {
PyModuleDef_HEAD_INIT,
"mymodule",
NULL,
-1,
MyModuleMethods
};
// 初始化模块
PyMODINIT_FUNC PyInit_mymodule(void) {
return PyModule_Create(&mymodule);
}
2、编译并安装扩展模块
创建一个 setup.py 文件：
from setuptools import setup, Extension
module = Extension('mymodule', sources=['mymodule.c'])
setup(
name='mymodule',
version='1.0',
description='A simple C extension module',
ext_modules=[module],
)
然后，编译并安装模块：
python setup.py build
python setup.py install
3、在 Python 中使用扩展模块
最后，在 Python 中导入并使用扩展模块：
import mymodule
result = mymodule.add(5, 3)
print(f"Result of add(5, 3): {result}")
四、总结
以上方法中，ctypes 适合快速且简单的调用、cffi 提供了更高级的功能和更好的性能，而编写 Python 扩展模块 则提供了最灵活和高性能的解决方案。这些方法各有优劣，选择哪种方式取决于具体的使用场景和需求。
相关问答FAQs：
如何在Python中调用C模块？
要在Python中调用C模块，您可以使用Python的C API，或者通过ctypes或cffi等库来加载C编写的共享库。您需要先编译C代码为共享库格式（如.so或.dll），然后在Python代码中引用它。
使用C编写的模块在Python中有哪些性能优势？
C语言的执行速度通常比Python快得多，因此在需要高性能计算或处理大量数据时，使用C模块可以显著提高效率。此外，C语言对于底层硬件的访问和控制更为灵活，可以帮助开发者实现更复杂的功能。
在Python中调用C模块时，如何处理数据类型的转换？
在调用C函数时，您需要注意数据类型的匹配。Python中的数据类型和C语言中的数据类型并不完全相同。可以使用ctypes库提供的类型进行转换，例如使用ctypes.c_int来处理C的整型。确保在传递参数时正确匹配类型，以避免运行时错误。
