Python调用C模块的方法有多种，主要包括：使用ctypes、使用cffi、使用Python C API、通过SWIG。其中，使用ctypes和cffi是最常见的方法。下面我们将详细介绍每种方法，并重点讲解如何使用ctypes进行调用。
一、使用ctypes
ctypes是Python的一个外部函数库，它允许Python代码调用C库中的函数，并处理C数据类型。
1. 安装和导入ctypes
ctypes是Python标准库的一部分，无需额外安装。只需在Python脚本中导入即可：
import ctypes
2. 编写C代码并生成共享库
首先，我们需要编写一个简单的C代码并编译成共享库。例如，创建一个名为example.c的C文件：
#include <stdio.h>
void hello() {
printf("Hello from C!n");
}
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
接下来，使用以下命令在Linux或MacOS上编译这个C文件：
gcc -shared -o example.so -fPIC example.c
在Windows上，可以使用以下命令：
gcc -shared -o example.dll example.c
3. 使用ctypes加载共享库并调用C函数
以下是一个Python脚本，演示如何使用ctypes加载共享库并调用C函数：
import ctypes
加载共享库
example = ctypes.CDLL('./example.so')
调用无参数的C函数
example.hello()
调用带参数的C函数
result = example.add(5, 3)
print(f"Result of add: {result}")
二、使用cffi
cffi（C Foreign Function Interface for Python）是另一个用于调用C代码的库，特别适用于需要高性能和灵活性的场景。
1. 安装cffi
可以使用pip安装cffi：
pip install cffi
2. 编写C代码并加载到Python中
编写同样的C代码example.c，然后在Python中使用cffi加载并调用：
from cffi import FFI
ffi = FFI()
定义C函数的头文件
ffi.cdef("""
void hello();
int add(int a, int b);
""")
加载共享库
C = ffi.dlopen('./example.so')
调用C函数
C.hello()
result = C.add(5, 3)
print(f"Result of add: {result}")
三、使用Python C API
Python C API是一种更底层的方法，适用于需要深度集成的场景。它允许你在C代码中直接操作Python对象。
1. 编写C扩展模块
创建一个名为example_module.c的文件，并编写如下代码：
#include <Python.h>
// 定义一个C函数
static PyObject* py_hello(PyObject* self, PyObject* args) {
printf("Hello from C!n");
Py_RETURN_NONE;
}
// 定义另一个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);
}
// 定义模块的方法表
static PyMethodDef ExampleMethods[] = {
{"hello", py_hello, METH_NOARGS, "Print hello from C"},
{"add", py_add, METH_VARARGS, "Add two numbers"},
{NULL, NULL, 0, NULL}
};
// 定义模块
static struct PyModuleDef examplemodule = {
PyModuleDef_HEAD_INIT,
"example",
NULL,
-1,
ExampleMethods
};
// 初始化模块
PyMODINIT_FUNC PyInit_example(void) {
return PyModule_Create(&examplemodule);
}
2. 编译C扩展模块
在Linux或MacOS上使用如下命令编译：
python3 setup.py build_ext --inplace
在Windows上使用Visual Studio进行编译。
3. 使用Python加载并调用C扩展模块
import example
调用C函数
example.hello()
result = example.add(5, 3)
print(f"Result of add: {result}")
四、通过SWIG
SWIG（Simplified Wrapper and Interface Generator）是一种工具，用于自动生成调用C/C++代码的包装器。
1. 安装SWIG
可以使用包管理器安装SWIG：
sudo apt-get install swig # Ubuntu
brew install swig # MacOS
2. 编写SWIG接口文件
创建一个名为example.i的文件：
%module example
%{
#include "example.h"
%}
extern void hello();
extern int add(int a, int b);
3. 编写C头文件和源文件
创建一个名为example.h的头文件：
void hello();
int add(int a, int b);
创建一个名为example.c的源文件：
#include "example.h"
#include <stdio.h>
void hello() {
printf("Hello from C!n");
}
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
4. 使用SWIG生成包装器并编译
在Linux或MacOS上使用如下命令：
swig -python -o example_wrap.c example.i
gcc -shared -o _example.so example_wrap.c example.c -I/usr/include/python3.6
在Windows上使用Visual Studio进行编译。
5. 使用Python加载并调用SWIG生成的模块
import example
调用C函数
example.hello()
result = example.add(5, 3)
print(f"Result of add: {result}")
总结
通过上述四种方法，我们可以轻松地在Python中调用C模块。使用ctypes和cffi是最简单和常见的方法，适用于大多数场景。Python C API和SWIG适用于需要更高性能或复杂集成的场景。选择哪种方法取决于具体需求和项目的复杂性。
如果你是项目经理或开发团队的领导，建议使用研发项目管理系统PingCode来管理你的项目，或使用通用项目管理软件Worktile来协调团队的工作。这样可以提高项目的效率和成功率。
相关问答FAQs：
1. 如何在Python中调用C模块？
Python中调用C模块可以通过使用扩展模块的方式实现。首先，编写C代码并将其编译成动态链接库，然后在Python中使用ctypes模块加载该动态链接库，最后通过调用C函数来实现与C模块的交互。
2. 我应该如何编写C代码以供Python调用？
编写C代码供Python调用时，需要按照一定的规范编写函数接口，并确保函数的返回值和参数类型与Python的数据类型相匹配。可以使用C的头文件来定义函数接口，并在C代码中实现这些函数。
3. 如何将C代码编译成Python可调用的动态链接库？
将C代码编译成Python可调用的动态链接库可以使用不同的编译器和工具链，例如GCC或Clang。需要将C代码编译成共享库，并生成适用于Python的动态链接库文件。在编译时，需要确保链接Python的运行时库，并将所需的头文件和库文件正确指定。
原创文章，作者：Edit1，如若转载，请注明出处：https://docs.pingcode.com/baike/807856
