Python 与 C/C++ 联合开发（一）：ctypes 库

ctypes/cffi 库

这两个模块允许 Python 直接加载并调用动态链接库中的 C 函数，不需要编写 C 代码进行包装。其中 ctypes 是 Python 的内置库，而 cffi 是第三方库，性能更好且支持 PyPy．缺点是不支持 C++ 库（因为有 Name Mangling 和重载），只能 C 库。

使用方法是：

• 先将 C 语言代码编译出 .dll/.so 动态库
• 在 Python 里 import ctypes，然后用 lib = ctypes.CDLL('xxxx.so') 加载动态库
• 对于每一个要调用的函数，定义其
  • 参数类型 lib.<function_name>.argtypes
  • 返回类型 lib.<function_name>.restype
• 用 lib.<function_name>(......) 调用函数

对于 lib.<function_name>(......) 中的函数参数，需要用 ctypes 中定义的 C 语言类型，如 c_int64 等等；遇到自定义数据类型的时候，还需要用 c_pointer 进行传递．

1

# toy example

PyBind11

PyBind11 是目前最流行、最推荐的 C++ 与 Python 交互工具。它是一个 Header-only 库，语法极其简洁，能够自动处理类型转换、引用计数和 STL 容器。

用 uv pip install pybind11 进行使用，然后在 CMakeLists.txt 添加依赖

1
2
3
4
5

cmake_minimum_required(VERSION 3.4)
project(example)

add_subdirectory(pybind11) # 指向 pybind11 源码
pybind11_add_module(example example.cpp)

在 example.cpp 里定义需要的函数

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

// example.cpp
#include <pybind11/pybind11.h>

int add(int i, int j) {
    return i + j;
}

namespace py = pybind11;

// 定义模块名
PYBIND11_MODULE(example, m) {
    m.doc() = "pybind11 example plugin"; 
    m.def("add", &add, "A function which adds two numbers");
}

最后在 Python 里进行调用

1
2

import example
print(example.add(10, 30))