python如何调用c驱动

Python调用C驱动的几种方法包括使用ctypes、cffi、SWIG、和编写自定义Python扩展模块。本文将重点介绍如何使用这些方法，特别是通过ctypes和cffi调用C驱动的详细步骤。

一、使用ctypes

1.1 ctypes简介

ctypes是Python的一个内置库，用于与C语言编写的动态链接库（DLL）进行交互。通过ctypes，我们可以加载动态链接库，并调用其中的函数。

1.2 安装和导入ctypes

ctypes是Python的内置模块，不需要额外安装。可以通过以下方式导入：

import ctypes

1.3 加载C驱动

假设我们有一个名为example.dll的C驱动，可以通过以下方式加载：

dll = ctypes.CDLL('example.dll')

1.4 调用C函数

假设example.dll中有一个名为add的函数：

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

可以通过以下方式调用：

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

在调用之前，需要设置函数参数和返回类型：

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

1.5 处理复杂数据类型

如果C函数使用了复杂的数据类型（如结构体），可以使用ctypes定义相应的数据结构。例如：

typedef struct {
    int x;
    int y;
} Point;

在Python中对应的定义：

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

然后可以像这样使用：

point = Point(10, 20)
dll.process_point(ctypes.byref(point))

二、使用cffi

2.1 cffi简介

cffi是另一个用于与C代码进行交互的库，提供了更高层次的抽象。cffi的全称是C Foreign Function Interface。

2.2 安装和导入cffi

可以通过pip安装cffi：

pip install cffi

然后导入：

from cffi import FFI
ffi = FFI()

2.3 定义C函数和加载动态库

假设有一个名为example.dll的C驱动，包含以下函数：

int add(int a, int b);

在Python中，可以像这样定义：

ffi.cdef("""
    int add(int a, int b);
""")
dll = ffi.dlopen('example.dll')

2.4 调用C函数

可以通过以下方式调用：

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

2.5 处理复杂数据类型

类似于ctypes，cffi也可以处理复杂的数据类型。假设有以下结构体：

typedef struct {
    int x;
    int y;
} Point;

在Python中定义：

ffi.cdef("""
    typedef struct {
        int x;
        int y;
    } Point;
""")
Point = ffi.new("Point *", {'x': 10, 'y': 20})
dll.process_point(Point)

三、使用SWIG

3.1 SWIG简介

SWIG（Simplified Wrapper and Interface Generator）是一种工具，用于自动生成C/C++代码的Python绑定。

3.2 安装和使用SWIG

可以通过以下方式安装SWIG：

sudo apt-get install swig

假设有一个名为example.c的C文件，包含以下函数：

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

创建一个名为example.i的接口文件：

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

然后通过以下方式生成Python绑定：

swig -python -o example_wrap.c example.i gcc -shared -o _example.so example_wrap.c example.c -I/usr/include/python3.6

在Python中导入并使用：

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

四、编写自定义Python扩展模块

4.1 自定义扩展模块简介

通过编写自定义Python扩展模块，可以实现更高效的C函数调用。这种方法需要手动编写C代码并编译成Python模块。

4.2 编写扩展模块

假设有以下C函数：

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

创建一个名为example.c的文件，包含以下内容：

#include <Python.h>
static PyObject* example_add(PyObject* self, PyObject* args) {
    int a, b;
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "ii", &a, &b)) {
        return NULL;
    }
    int result = add(a, b);
    return Py_BuildValue("i", result);
}
static PyMethodDef ExampleMethods[] = {
    {"add",  example_add, METH_VARARGS, "Add two numbers"},
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};
static struct PyModuleDef examplemodule = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT,
    "example",
    NULL,
    -1,
    ExampleMethods
};
PyMODINIT_FUNC PyInit_example(void) {
    return PyModule_Create(&examplemodule);
}

4.3 编译扩展模块

创建一个名为setup.py的文件，包含以下内容：

from distutils.core import setup, Extension
module = Extension('example', sources=['example.c'])
setup(name='Example',
      version='1.0',
      description='Example Module',
      ext_modules=[module])

然后通过以下方式编译：

python setup.py build python setup.py install

4.4 使用扩展模块