python使用ctypes調用擴展模塊的實例方法

楔子

我們知道python的執行效率不是很高，而且由于GIL的原因，導致python不能充分利用多核CPU。一般的解決方式是使用多進程，但是多進程開銷比較大，而且進程之間的通信也會比較麻煩。因此在解決效率問題上，我們會把那些比較耗時的模塊使用C或者C++編寫，然后編譯成動態鏈接庫，Windows上面是dll，linux上面則是so，編譯好之后，交給python去調用。而且通過擴展模塊的方式還可以解決python的GIL的問題，因此如果想要利用多核，我們仍然可以通過擴展模塊的方式。

python如何調用擴展模塊

python調用擴展模塊的一種比較簡單的方式就是使用ctypes這個庫，這個庫是python官方提供的，任何一個版本的python都可以使用，我們通過ctypes可以很輕松地調用擴展模塊。

演示

#include <stdio.h>

void test()
{
  printf("hello world\n");
}

我們定義了一個很簡單的函數，下面我們就可以將其編譯成擴展模塊了。在Windows是dll，linux上是so，編譯的命令是一樣的。我這里以Windows 為例，記得在Windows上要安裝MinGW，或者安裝VsCode，我這里使用的是MinGW，因為VsCode太大了。

gcc -o dll文件或者so文件 -shared c或者c++源文件

我這里的C源文件叫做1.c，我們編譯成mmp.dll吧，所以命令就可以這么寫：gcc -o mmp.dll -shared 1.c

下面就可以使用python去調用了。

import ctypes

# 使用ctypes很簡單，直接import進來，然后使用ctypes.CDLL這個類來加載動態模塊
# 如果在Windows上還可以使用ctypes.WinDLL。
# 因為看ctypes源碼的話，會發現WinDLL也是一個類并且繼承自CDLL
# 所以在linux上使用ctypes.CDLL，
# 而在Windows上既可以使用WinDLL、也可以使用CDLL加載動態模塊
lib = ctypes.CDLL("./mmp.dll") # 加載之后就得到了擴展模塊
# 我們可以直接通過.的方式去調用里面的函數了，會發現成功打印
lib.test() # hello world

# 但是為了確定是否存在這個函數，我們一般會使用反射去獲取
# 因為如果函數不存在通過.的方式調用會拋異常的
func = getattr(lib, "test", None)
if func:
  print(func) # <_FuncPtr object at 0x0000029F75F315F0>
  func() # hello world


# 不存在test_xx這個函數，所以得到的結果為None
func1 = getattr(lib, "test_xx", None)
print(func1) # None

所以使用ctypes去調用擴展模塊非常方便

1.通過ctypes.CDLL("dll或者so的路徑")，如果是Windows還可以使用ctypes.WinDLL("dll路徑")。另外這兩種加載方式分別等價于:ctypes.CDLL("dll或者so的路徑") == ctypes.cdll.LoadLibrary("dll或者so的路徑")，ctypes.WinDLL("dll路徑") == ctypes.windll.LoadLibrary("dll路徑")。但是注意的是：linux上只能使用ctypes.CDLL和ctypes.cdll.LoadLibrary，而Windows上ctypes.CDLL、ctypes.cdll.LoadLibrary、ctypes.WinDLL、ctypes.windll.LoadLibrary都可以使用。但是一般我們都使用ctypes.CDLL即可，另外注意的是：dll或者so文件的路徑最好是絕對路徑，即便不是也要表明層級，比如我們這里的py文件和dll文件是在同一個目錄下，但是我們加載的時候不可以寫mmp.dll，這樣會報錯找不到，要寫成./mmp.dll。

2.加載動態模塊之后會返回一個對象，我們上面起名為lib，這個lib就是得到的擴展模塊了。

3.然后可以直接通過lib調用里面的函數，但是一般我們會使用反射的方式來獲取，因為不知道函數到底存不存在，如果不存在直接調用會拋出異常，如果存在這個函數我們才會執行。

以上就是本次介紹的全部相關知識點，如果大家有任何補充的地方可以聯系億速云小編。