如何在 Python 中调用 C 函数
通过整合 C 库中的功能，在 Python 中调用 C 函数可以大大增强程序的功能。Python 以其简单性和多功能性而闻名，它提供了各种方法来无缝集成 C 代码，从而提高了性能并可以访问低级系统 API。本文探讨了在 Python 中调用 C 函数的主题，重点介绍了利用 Python 优势的不同方法。一种流行的方法是使用 ctypes 库，它允许直接从动态链接库调用 C 函数。我们还将深入研究 CFFI 库，它提供了一个用于调用 C 函数的高级接口，以及 ctypes 与 numpy 库的强大组合，以高效处理数值数据。此外，我们将涉及 Cython 语言，它允许使用 Python 语法创建 C 扩展。通过掌握这些技术，我们可以在 Python 代码中利用 C 的强大功能，释放更多出色的编程能力，并解决各种任务。
使用 ctypes 库
Python ctypes 库是一个强大的资源，使我们能够生成与 C 兼容的数据类型，并使用 Python 直接调用动态链接库或共享库中的函数。下面，您将找到一个全面的演练，详细介绍如何利用 ctypes 调用 C 函数:
步骤 1:导入 ctypes 模块
import ctypes
步骤 2:加载包含 C 函数的共享库
lib = ctypes.CDLL('./mylibrary.so')
此步骤将共享库文件加载到内存中，使其中的函数可访问。
步骤 3:声明函数原型
my_function = lib.my_function my_function.argtypes = [ctypes.c_int, ctypes.c_int] my_function.restype = ctypes.c_int
在此步骤中，我们通过将库中的 C 函数与 Python 变量关联来建立函数原型。此外，我们使用 argtypes 定义参数类型，使用 restype 定义返回类型。
步骤 4:从 Python 调用 C 函数
result = my_function(5, 10) print(result)
最后，我们可以像调用任何其他 Python 函数一样调用 C 函数。传递所需的参数，它将执行相应的 C 代码。 C 函数返回的结果可以存储在变量中，并在 Python 程序中打印或进一步使用。
使用 CFFI 库
CFFI(C 外部函数接口)是另一个允许从 Python 调用 C 函数的库。与 ctypes 相比，它提供了更高级的接口，并支持更广泛的 C 功能。以下是示例:
步骤 1:安装 cffi 库
使用命令 pip install cffi 在您的系统上安装 CFFI 库。
步骤 2:导入 cffi 模块并创建 CFFI 接口对象
在您的 Python 代码中，导入 cffi 模块以访问其功能。然后，使用以下代码创建 CFFI 接口对象:
import cffi ffi = cffi.FFI()
步骤 3:使用 CFFI 语法定义 C 函数原型
使用 CFFI 库时，需要在从 Python 调用 C 函数原型之前定义它。为此，我们可以使用 ffi.cdef() 函数，它允许我们使用 C 语法指定函数签名。通过提供正确的函数签名，CFFI 可以理解 C 函数的参数和返回类型，从而实现 Python 和 C 之间的无缝通信。以下是示例代码:
ffi.cdef("""
int my_function(int a, int b);
""")
步骤 4:加载共享库并获取 C 函数指针
要使用 CFFI 库加载包含所需 C 函数的共享库，我们可以使用 ffi.dlopen() 函数。此函数由 CFFI 提供，使我们能够指定共享库文件(例如 .so 文件)的路径。它返回一个库句柄，允许我们访问库中的 C 函数。以下是说明该过程的示例:
lib = ffi.dlopen('./mylibrary.so')
my_function = lib.my_function
步骤 5:从 Python 调用 C 函数
获取 C 函数指针后，调用 C 函数就变得像调用任何其他 Python 函数一样简单。只需以 C 函数原型指定的格式提供参数即可。以下是示例:
result = my_function(5, 10)
通过遵循这些步骤，我们可以有效地使用 CFFI 库从 Python 调用 C 函数，从而弥合两种语言之间的差距，并在 Python 代码中利用 C 的强大功能。
使用 Cython 语言
Cython 扩展了 Python 的语法，允许以类似 Python 的方式创建 C 扩展。它充当 Python 和 C 之间的桥梁，允许开发人员将 Python 的简单性与 C 的性能结合起来。使用 Cython，您可以利用 Python 的高级功能，同时将低级 C 功能无缝地合并到您的代码中。
步骤 1:创建一个包含以下内容的 .pyx 文件(例如 mymodule.pyx)
cdef extern from "./myheader.h":
int my_function(int a, int b)
def call_c_function(int a, int b):
return my_function(a, b)
步骤 2:创建包含以下内容的 setup.py 文件
from setuptools import setup
from Cython.Build import cythonize
setup(
ext_modules=cythonize("mymodule.pyx")
)
步骤 3:编译 Cython 模块
要编译 Cython 模块，请在终端中导航到包含 setup.py 文件的目录并执行以下命令:
python setup.py build_ext --inplace
此命令将生成必要的 C 文件并将其编译为共享库。
步骤 4:导入模块并调用 C 函数
import mymodule result = mymodule.call_c_function(5, 10) print(result)
结论
总而言之，在 Python 中调用 C 函数的能力提供了一种将高性能功能和直接系统访问集成到 Python 应用程序中的强大方法。通过利用 ctypes、CFFI 和 Cython 等库，开发人员可以毫不费力地连接 Python 和 C，从而有效地缩小两种语言之间的差距。无论您是想优化计算要求高的任务、与硬件设备交互，还是利用现有的 C 库，这些技术都能提供卓越的灵活性和效率。通过掌握在 Python 中调用 C 函数的技巧，开发人员可以获得大量的可能性，使他们能够克服各种编程挑战，同时结合两全其美的优势。
