Python ctypes模块入门：理解胶水语言与C扩展

ctypes（一）

— 初识

许多Python初学者常听到一个说法：“Python是一门胶水语言”。

但究竟何为“胶水语言”？不少人对此存在误解，认为它意味着Python能直接无缝对接所有其他编程语言。

尽管Python如今已非常强大，“胶水语言”这一标签虽较少被强调，但它仍是Python最核心的应用特性之一。只是其角色已从曾经的辅助者转变为如今的主导者。

那么，Python的“胶水特性”究竟指什么？

自诞生起，Python便与C语言紧密相连。它允许直接调用现有的C/C++程序，从而避免重复造轮子，大幅降低了重新开发的成本。通过Python作为中枢来管理和调用大量现有的C程序代码，这些C程序仿佛被“胶水”粘合在一起，这便是该特性的由来。

随着Python自身的发展，其性能和健壮性不断提升，在优化过程中，“胶水”特性看似被弱化，因为Python已强大到无需依赖C语言即可独立运行。然而，这一特性被完整保留下来。既然Python已足够强大，为何还需保留此特性？

归根结底，Python是一种解释型动态脚本语言，加之长期存在的GIL（全局解释器锁）问题，导致其执行效率和并发能力一直是主要短板。

因此，该特性的存在为Python开发者提供了新的选择：对于执行效率和并发要求极高的模块，可以使用C语言实现。利用C语言辅助Python解决特定场景下的性能问题，已成为Python社区中最普遍的方案。事实上，许多我们日常使用的库都利用了这一特性，尽管很多人并未意识到。

数据兼容层

鉴于Python这一特性涉及广泛，我们先来了解Python与C之间的兼容层模块——ctypes。

在深入使用ctypes模块之前，我们需要先了解其提供用于兼容的数据类型：

注：以下表格基于Python 3版本列出，主要区别在于原生字符串类型和long整型。

尝试共享库

什么是共享库？

C语言编译后生成的不一定是可执行文件，它可以以“共享库”的形式存在，供其他程序调用。其他程序通过调用该共享库，即可利用已编译好的C程序功能。

为了更直观地帮助新手，我们以Windows系统为例，演示如何调用VC共享库。在Windows下，VC共享库默认使用.dll作为扩展名后缀。

我们将通过加载遵循cdecl调用规则的cdll模块进行演示。

首先，必须导入cdll，参考以下语句：

from ctypes import cdll

随后，可以通过直接访问cdll的属性来获取msvcrt.dll共享库的连接：

libc = cdll.msvcrt

接着，我们可以从该共享库中获取相应的VC函数，其中最常见的是printf函数（ps：这是否勾起了部分资深开发者的回忆？）

printf = libc.printf

既然已获取共享库中的函数，不妨小试牛刀。

我们首先在IDLE环境中尝试运行。

结果似乎毫无反应！这是否让人感到被欺骗？别急，其中自有原因。

我们先来看看printf函数的返回值是什么，使用print进行查看。

看起来printf函数的返回值是输出的字节数，但我们还有一个问题未解决：输出究竟在哪里？

实际上，printf是C语言函数，并不会将输出直接显示到Python环境中，因此需要使用控制台来查看输出。

现在是否已成功输出？

在掌握这些基础知识后，我们可以更深入地探索相关规则。下次我们将具体介绍其中的规则，帮助你更熟练地使用此库。

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