Python调用C语言动态库（DLL）结构体/指针/变量的方法

在Python中调用C语言编写的动态链接库（DLL）是一种常见的技术，特别是在需要高性能计算或调用底层系统API时。这种跨语言调用的方式可以通过Python的ctypes或cffi库来实现。本文将主要介绍使用ctypes库调用C语言动态库的方法，并提供示例代码。

一、C语言编写动态库

首先，我们需要创建一个简单的C语言动态库，其中包含一个结构体、一个返回结构体的函数，以及一些处理指针和变量的示例代码。

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

typedef struct {
    int a;
    double b;
} MyStruct;

// 返回结构体的函数
MyStruct create_struct(int a, double b) {
    MyStruct myStruct;
    myStruct.a = a;
    myStruct.b = b;
    return myStruct;
}

// 修改指针指向的值的函数
void modify_value(int* value) {
    *value = 42; // 修改value指向的内存
}

// 打印结构体的内容
void print_struct(MyStruct s) {
    printf("MyStruct: a = %d, b = %f\n", s.a, s.b);
}

然后，我们可以通过以下命令编译上述C代码为DLL（在Windows环境下）：

gcc -shared -o mylib.dll -Wl,--out-implib,libmylib.a mylib.c

二、在Python中调用DLL

接下来，我们使用Python的ctypes库来加载这个动态库，并调用其中的函数。

import ctypes
from ctypes import c_int, c_double, POINTER

# 加载动态库
mylib = ctypes.CDLL('./mylib.dll')

# 定义Python中的结构体
class MyStruct(ctypes.Structure):
    _fields_ = [("a", c_int), ("b", c_double)]

# 调用create_struct函数
mylib.create_struct.argtypes = [c_int, c_double]
mylib.create_struct.restype = MyStruct

result_struct = mylib.create_struct(10, 3.14)
print("从C返回的结构体：a =", result_struct.a, "b =", result_struct.b)

# 调用modify_value函数
mylib.modify_value.argtypes = [POINTER(c_int)]
mylib.modify_value.restype = None

value = c_int(5)
print("修改前的值：", value.value)
mylib.modify_value(ctypes.byref(value))
print("修改后的值：", value.value)

# 调用print_struct函数
mylib.print_struct.argtypes = [MyStruct]
mylib.print_struct.restype = None
mylib.print_struct(result_struct)

三、代码解析

1. 编译C语言代码为DLL：上述C代码使用GCC编译器生成DLL。在Linux系统上，可以通过gcc -shared -o libmylib.so mylib.c命令生成共享库。

2. 加载DLL：在Python中，通过ctypes.CDLL加载DLL，我们可以进一步调用其中的函数。

3. 定义结构体：在Python中，我们需要使用ctypes.Structure定义与C语言结构体相对应的Python类。这里使用_fields_属性来声明字段的类型。

4. 设置函数参数类型和返回值：为了让Python知道如何处理C函数，我们需要设置argtypes和restype属性。argtypes用于指出输入参数的类型，restype用于指出返回值的类型。

5. 调用C函数：我们可以直接调用C函数并传入参数。通过ctypes.byref()函数可以将Python的变量作为指针传递到C函数中。

四、总结

通过上述示例，我们展示了如何在Python中调用C语言编写的动态链接库，包括结构体的使用、指针的操作和变量的修改等。ctypes库提供了强大的功能，使得Python和C语言之间的交互变得简单而高效。在实际开发中，合理地利用这种方式可以显著提高程序的性能和灵活性。