项目中要对一个用 C 编写的 .so 库进行逻辑自测。这项工作，考虑到灵活性，我首先考虑用 Python 来完成。

研究了一些资料，采用 python 的 ctypes 来完成这项工作。已经验证通过，本文记录一下适配流程。验证采用 cpp 来设计，不过暂时还没有涉及类的内容。以后如果需要再补足。

本文地址：

参考资料

ctypes

以下资料是关于 ctypes 的，也就是本文采用的资料：

一些 Python 本身的资料

由于研究 ctypes 时我用的是 Python 2.7，后来切换到 Python 3 的时候稍微遇到一点适配问题，因此也顺便记录一下我切换过程中参考的一些资料：

其他 python 调用 C 的方法

Python 调用 C 还有其他的几个解决方案，比如 cython、SWIG 等等。但是查了不少资料没能解决我的两个关键诉求（结构体参数和回调函数）：

环境准备

ctypes 包准备

使用 ctypes，需要首先安装 python-dev 包：

Ubuntu:$ sudo apt-get install python-dev -yCentOS:$ sudo yum install python-devel -y

这里主要包含了 ctypes 包。

.so 文件准备

将你的 C 代码编译成 .so 文件。这里假设目标文件是 libtest.so，放在工作目录下。

基本参数函数调用

首先是最简单的函数调用，并且函数参数为基本数据类型。待调用的函数定义如下：

extern "C" int max(int a, int b){    return (a > b) ? a : b;}

这种情况下，在 Python 中的调用就很简单了。我们需要使用 ctypes 包中的 cdll 模块加载 .so 文件，然后就可以调用库中的函数了。

Python 代码如下：

#!/usr/bin/python3# -*- coding: UTF-8 -*-from ctypes import *so_file = cdll.LoadLibrary('./libtest.so')    # 如果前文使用的是 import ctypes，则这里应该是 ctypes.cdll.LoadLobrary(...)ret = so_file.max(22, 20)print('so_file class:', type(so_file))print('so_file.max =', ret)

输出：

so_file class: 
    
     so_file.max = 22
    

调用以结构体为参数的函数

这就稍微复杂点了，因为 C 语言中的结构体在 Python 中并没有直接一一对应。不过不用担心，简单而言，解决方案就是：在 Python 代码中调用 ctypes 的类进行 Python 化的封装。

网上的代码进行了最简化的演示，这里我从这一小节开始，建议读者把一个 .so 文件，封装成 Python 模块。这样一来库的包装更加简洁和清晰。

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C 代码

这里是 C 代码的部分，主要是结构体的声明。用于示例的函数很简单，只是一个 print 功能而已：

typedef struct _test_struct{    int     integer;    char *  c_str;    void *  ptr;    int     array[8];} TestStruct_st;extern "C" const char *print_test_struct(TestStruct_st *pTestSt){    if (NULL == pTestSt) {        return "C -- parameter NULL";        # "C --" 打头区分这是在 .so 里面输出的    }    printf("C -- {\n");    printf("C -- \tinteger : %d\n", pTestSt->integer);    printf("C -- \tcstr    : %s\n", pTestSt->c_str);    printf("C -- \tptr     : %p\n", pTestSt->ptr);    printf("C -- \tarray   : [");    for (int tmp = 0; tmp < 7; tmp ++) {        printf("%d, ", pTestSt->array[tmp]);    }    printf("%d]\n", pTestSt->array[7]);    printf("C -- }\n");    return "success";}

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Python 封装

封装结构体

首先，我们要对结构体进行转换：

from ctypes import *INTARRAY8 = c_int * 8class PyTestStruct(Structure):    'TestStruct_st 的 Python 版本'    _fields_ = [        ("integer", c_int),        ("c_str", c_char_p),        ("ptr", c_void_p),        ("array", INTARRAY8)    ]

首先对结构体里的 int 数组进行了重定义，也就是 INTARRAY8。

接着，注意一下 _fields_ 的内容：这里就是对 C 数据类型的转换。左边是 C 的结构成员名称，右边则是在 python 中声明一下各个成员的类型。其他的一些类型请参见。

此外还需要注意一下类似于 c_int, c_void_p 等等的定义是在 ctypes 中的，如果是用 impoer ctypes 的方式包含 ctypes 模块，则应该写成 ctypes.c_int, ctypes.c_void_p。

第三个要注意的是：这个类必须定义为 ctypes.Structure 的子类，否则在进行后续的函数传递时，ctypes 由于不知道如何进行数据类型的对应，会抛出异常

封装 .so 函数

class testdll:    '用于 libtest.so 的加载，包含了 cdll 对象'    def __init__(self):        self.cdll = cdll.LoadLibrary('./libtest.so')    # 直接加载 .so 文件。感觉更好的方式是写成单例        return    def print_test_struct(self, test_struct):        func = self.cdll.print_test_struct        func.restype = c_char_p        func.argtypes = [POINTER(PyTestStruct)]        return func(byref(test_struct)).decode()

注意最后一句 func(byref(test_struct)) 中的 byref。这个函数可以当作是 C 中的取地址符 & 的 Python 适配。因为函数参数是一个结构体指针（地址），因此我们需要用上 byref 函数。

Python 调用

直接上 Python 代码，很短的（import 语句就不用写了吧，读者自行发挥就好）：

test_struct = PyTestStruct()test_struct.integer = 1test_struct.c_str = 'Hello, C'.encode()        # Python 2.x 则不需要写 encodetest_struct.ptr = 0xFFFFFFFFtest_struct.array = INTARRAY8()for i in range(0, len(test_struct.array)):    j = i + 1    test_struct.array[i] = j * 10 + jso_file = testdll()test_result = so_file.print_test_struct(test_struct)print('test_result:', test_result)

执行结果：

C -- {C --     integer : 1C --     cstr    : Hello, CC --     ptr     : 0xffffffffC --     array   : [11, 22, 33, 44, 55, 66, 77, 88]C -- }test_result: success

这里可以看到，结构体参数的准备还是很简单的，就是将用 Python 适配过来之后的类中对应名字的成员进行赋值就好了。

注意一下在 Python 3.x 中，str 和 bytes 类型是区分开的，而 char * 对应的是后者，因此需要进行 encode / decode 转换。在 Python 2.x 则不需要。

调用以回调函数地址为参数的函数

这个主题就稍微绕一些了，也就是说在 C 接口中，需要传入回调函数作为参数。这个问题在 Python 中也可以解决，并且回调函数可以用 Python 定义。

C 代码

C 代码很简单：回调函数的传入参数为 int，返回参数也是 int。C 代码获取一个随机数交给回调去处理。

extern "C" void print_given_num(int (*callback)(int)){    if (NULL == callback) {        printf("C -- No number given\n");    }    static int s_isInit = 0;    if (0 == s_isInit) {        s_isInit = 1;        srand(time(NULL));    }    int num = callback((int)rand());    printf("C -- given num by callback: %d (0x%x)\n", num, num);    return;}

Python 封装

这里我还是用前面的 testdll 类来封装：

class testdll:    '用于 libtest.so 的加载，包含了 cdll 对象'    def __init__(self):        self.cdll = cdll.LoadLibrary('./libtest.so')        return    def print_given_num(self, callback):        self.cdll.print_given_num(callback)        returntestCallbackType = CFUNCTYPE(None, c_int, c_int)

最后的 testCallbackType 通过 ctypes 定义了一个回调函数类型，这个在后面的调用中需要使用

在 CFUNCTYPE 后面的第一个参数为 None，这表示回调函数的返回值类型为 void

Python 调用

回调函数准备

回调函数用 Python 完成，注意接受的参数和返回数据类型都应该与 .so 中的定义一致。我这里的回调函数中，将 .so 传过来的参数取了一个最低字节返回：

def _callback(para):    print('get callback req:', hex(para))    print('return:', hex(para & 0xFF))    return para & 0xFF

函数调用

so_file = testdll()cb = testCallbackType(_callback)so_file.print_given_num(cb)

执行结果：

get callback req: 0x4f770b3areturn: 0x3aC -- given num by callback: 58 (0x3a)

怎么样，是不是觉得很简单？