Python3调用C语言代码：Linux与Windows环境下的ctypes实现指南

开发环境

Linux环境配置为：Python 3.5.2 版本，操作系统为 Ubuntu GNOME 16.04 Desktop AMD64。

Windows环境配置为：Cygwin 工具链，结合 PowerShell 终端，运行 Python 3.6 版本。

胶水语言Python为什么要调用c代码?

C语言与Python相比，Python在处理“大量运算”任务时并不占优。Python程序的核心优势在于代码编写简洁，非常适合处理“IO密集型作业”，例如打开文件、下载图片或运行脚本等。作为知名的“胶水语言”，Python实现“计算密集型作业”的高效方法，便是直接复用C语言的代码。

在Python中，ctypes模块可能是调用C语言方法中最简单的一种。ctypes模块提供了与C语言兼容的数据类型和函数接口，用于加载DLL文件。因此，在调用C代码时，无需对源文件进行任何修改，这也正是该方法简单性的基础。

一、linux

1. 准备C语言程序，保存为add.c

#include <stdio.h>
 
int add_int(int, int);
float add_float(float, float);
 
int add_int(int num1, int num2)
{
    return num1 + num2;
}
 
float add_float(float num1, float num2)
{
    return num1 + num2;
}

2. 编译成so库

在Ubuntu系统下执行以下命令：gcc -shared -Wl,-soname,adder -o adder.so -fPIC add.c

3. 准备python代码，保存为python-c.py

import ctypes
 
#load the shared object file
adder = ctypes.cdll.LoadLibrary('./adder.so')
 
#Find sum of integers
res_int = adder.add_int(4,5)
print("4 + 5 = " + str(res_int))
 
#Find sum of floats
a = ctypes.c_float(5.5)
b = ctypes.c_float(4.1)
 
add_float = adder.add_float
add_float.restype = ctypes.c_float
 
print("5.5 + 4.1 = " + str(add_float(a, b)))

4. 测试

执行命令：python3 python-c.py

结果如下：

4 + 5 = 9

5.5 + 4.1 = 9.600000381469727

5. 说明

在Python文件中，首先导入ctypes模块，随后使用cdll.LoadLibrary函数加载我们创建的库文件。这样，我们就可以通过变量adder来调用C类库中的函数。当执行adder.add_int()时，内部将发起对C函数add_int的调用。ctypes接口允许我们在调用C函数时，直接使用Python中默认的字符串型和整型参数。

而对于其他类似布尔型和浮点型这样的类型，必须使用正确的ctype类型才能正确传递。例如，向adder.add_float()函数传参时，我们需要先将Python中的十进制值转化为c_float类型，然后才能传送给C函数。这种方法虽然简单、清晰，但存在局限性，例如无法直接在C中对复杂对象进行操作。

二、windows

1. 准备C语言程序，保存为add.c

同上

2. 编译成dll库

在cygwin环境下执行：gcc -shared -Wl,-soname,adder -o adder.dll -fPIC add.c

3. 准备python代码，保存为python-c.py

import ctypes
 
#load the shared object file
adder = ctypes.cdll.LoadLibrary('.\\adder.dll')
 
#Find sum of integers
res_int = adder.add_int(4,5)
print("4 + 5 = " + str(res_int))
 
#Find sum of floats
a = ctypes.c_float(5.5)
b = ctypes.c_float(4.1)
 
add_float = adder.add_float
add_float.restype = ctypes.c_float
 
print("5.5 + 4.1 = " + str(add_float(a, b)))

4. 测试

在powershell下执行： .\python-c.py

会出现以下错误：

OSError: [WinError 126]

原因：adder.dll本身依赖其它库，需要将这些库一起复制到当前目录。

在cygwin下执行：ldd adder.dll

提示依赖以下库

将这些库copy到当前目录，执行：cp xxx.dll .

powershell下再次执行：.\python-c.py

结果如下：

总结

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