python如何导入c 库

Python 导入 C 库的方法主要包括：使用 ctypes 库、使用 Cython、使用 SWIG、编写 Python 扩展模块。在这些方法中，ctypes 是最常用的，因为它不需要对 Python 解释器进行修改，也不需要重新编译 Python 解释器。在本文中，我们将详细探讨每种方法，帮助你选择最适合你的项目的方式。

一、使用 ctypes 库

ctypes 是 Python 标准库中的一个外部函数库，它允许 Python 程序调用 C 库中的函数。使用 ctypes 可以直接加载动态链接库（.dll 文件或 .so 文件），并调用其函数。

1.1 安装和导入 ctypes

ctypes 是 Python 的标准库之一，因此通常不需要单独安装。你可以直接在 Python 脚本中导入它：

import ctypes

1.2 加载 C 库

假设你有一个名为 mylib.so 的 C 库文件，位于你的项目目录中。你可以使用 ctypes.CDLL 函数加载它：

lib = ctypes.CDLL('./mylib.so')

1.3 调用 C 函数

假设你的 C 库中有一个函数 add，它接收两个整数参数并返回它们的和。你可以使用 ctypes 调用这个函数：

// C 代码（mylib.c）
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

编译 C 代码生成共享库：

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

在 Python 中调用 add 函数：

# Python 代码
result = lib.add(5, 3)
print(result)  # 输出：8

1.4 设置函数参数和返回类型

为了确保数据类型正确，可以使用 argtypes 和 restype 属性进行设置。例如：

lib.add.argtypes = [ctypes.c_int, ctypes.c_int]
lib.add.restype = ctypes.c_int
result = lib.add(5, 3)
print(result)  # 输出：8

二、使用 Cython

Cython 是一种超集语言，允许你编写 C 扩展模块，并将它们编译为 Python 可调用的模块。

2.1 安装 Cython

你可以使用 pip 安装 Cython：

pip install cython

2.2 编写 Cython 代码

创建一个名为 mylib.pyx 的文件，并编写你的 Cython 代码：

# cython: language_level=3
cdef extern from "mylib.h":
    int add(int a, int b)
def py_add(int a, int b):
    return add(a, b)

2.3 编译 Cython 代码

创建一个 setup.py 文件，用于编译 Cython 代码：

from setuptools import setup
from Cython.Build import cythonize
setup(
    ext_modules=cythonize("mylib.pyx")
)

运行以下命令编译 Cython 代码：

python setup.py build_ext --inplace

2.4 使用 Cython 模块

编译完成后，你可以在 Python 中导入并使用这个模块：

import mylib
result = mylib.py_add(5, 3)
print(result)  # 输出：8

三、使用 SWIG

SWIG 是一个软件开发工具，用于将 C/C++ 代码包装成多种高级编程语言的接口，包括 Python。

3.1 安装 SWIG

你可以从 SWIG 的官方网站下载并安装 SWIG，或者使用包管理器安装：

# 使用包管理器安装 brew install swig # macOS sudo apt-get install swig # Ubuntu

3.2 创建接口文件

创建一个名为 mylib.i 的 SWIG 接口文件：

%module mylib
%{
    #include "mylib.h"
%}
extern int add(int a, int b);

3.3 运行 SWIG

运行 SWIG 生成包装代码：

swig -python -o mylib_wrap.c mylib.i

3.4 编译生成共享库

使用编译器编译生成共享库：

gcc -shared -o _mylib.so mylib_wrap.c mylib.c -I/usr/include/python3.8

3.5 使用 SWIG 生成的模块

你可以在 Python 中导入并使用生成的模块：

import mylib
result = mylib.add(5, 3)
print(result)  # 输出：8

四、编写 Python 扩展模块

Python 扩展模块 是一种通过编写 C 代码直接扩展 Python 的方法。这种方法需要对 C 和 Python 的 API 有一定的了解。

4.1 编写扩展模块代码

创建一个名为 mylib.c 的文件，并编写扩展模块代码：

#include <Python.h>
static PyObject* py_add(PyObject* self, PyObject* args) {
    int a, b;
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &a, &b)) {
        return NULL;
    }
    return PyLong_FromLong(add(a, b));
}
static PyMethodDef MyLibMethods[] = {
    {"add", py_add, METH_VARARGS, "Add two numbers"},
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};
static struct PyModuleDef mylibmodule = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT,
    "mylib",
    NULL,
    -1,
    MyLibMethods
};
PyMODINIT_FUNC PyInit_mylib(void) {
    return PyModule_Create(&mylibmodule);
}

4.2 编写 setup.py 文件

创建一个 setup.py 文件，用于编译扩展模块：

from setuptools import setup, Extension
module = Extension('mylib', sources=['mylib.c'])
setup(
    name='MyLib',
    version='1.0',
    description='Python interface for the mylib C library',
    ext_modules=[module]
)

4.3 编译扩展模块

运行以下命令编译扩展模块：