python使用ctypes库调用DLL动态链接库

脚本专栏 2024/11/8 佚名

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最近要使用python调用C++编译生成的DLL动态链接库，因此学习了一下ctypes库的基本使用。

ctypes是一个用于Python的外部函数库，它提供C兼容的数据类型，并允许在DLL或共享库中调用函数。

一、Python调用DLL里面的导出函数

1.VS生成dll

1.1 新建动态链接库项目

1.2 在myTest.cpp中输入以下内容：

// myTest.cpp : 定义 DLL 应用程序的导出函数。
//
#include "stdafx.h"
#define DLLEXPORT extern "C" __declspec(dllexport) //放在 #include "stdafx.h" 之后
//两数相加
DLLEXPORT int sum(int a, int b) {
  return a + b;
}

注意：导出函数前面要加 extern "C" __declspec(dllexport) ，这是因为ctypes只能调用C函数。如果不用extern "C"，构建后的动态链接库没有这些函数的符号表。采用C++的工程，导出的接口需要extern "C"，这样python中才能识别导出的函数。

1.3生成dll动态链接库

因为我的python3是64位的，所以VS生成的dll要选择64位的，如下所示：

点击标题栏的生成 -> 生成解决方案

1.4 查看生成的dll动态链接库

2.Python导入dll动态链接库

用python将动态链接库导入，然后调用动态链接库的函数。为此，新建main.py文件，输入如下内容：

from ctypes import *

#----------以下四种加载DLL方式皆可—————————
# pDLL = WinDLL("./myTest.dll")
# pDll = windll.LoadLibrary("./myTest.dll")
# pDll = cdll.LoadLibrary("./myTest.dll")
pDll = CDLL("./myTest.dll")

#调用动态链接库函数
res = pDll.sum(1,2)
#打印返回结果
print(res)

运行结果如下所示：

二、Python调用DLL里面的实例方法更新全局变量值

1.VS生成dll

1.1 添加 mainClass 类，内容如下：

mainClass.h：

#pragma once

extern int dta;
class mainClass
{
public:
  mainClass();
  ~mainClass();
  void produceData();
};

mainClass.cpp：

#include "stdafx.h"
#include "mainClass.h"

int dta = 0;

mainClass::mainClass()
{
}

mainClass::~mainClass()
{
}

void mainClass::produceData() {
  dta = 10;
}

1.2 更改 myTest.cpp 内容

myTest.cpp：

#include "stdafx.h"
#define DLLEXPORT extern "C" __declspec(dllexport) //放在 #include "stdafx.h" 之后
#include "mainClass.h"

//返回实例方法里面更新数据后的值
DLLEXPORT int getRandData() {
  mainClass dataClass = mainClass();
  dataClass.produceData();
  return dta;
}

1.3 生成64位dll

2.Python导入dll动态链接库

明显可以看出，在C++里设置的全局变量的值已经从0变为10了，说明python可以通过调用dll里面的实例方法来更新全局变量值

三、Python_ctypes 指定函数参数类型和返回类型

前面两个例子C++动态链接库导出函数的返回类型都是int型，而Python 默认函数的参数类型和返回类型为 int 型，所以Python 理所当然的以为 dll导出函数返回了一个 int 类型的值。但是如果C++动态链接库导出的函数返回类型不是int型，而是特定类型，就需要指定ctypes的函数返回类型 restype 。同样，通过ctypes给函数传递参数时，参数类型默认为int型，如果不是int型，而是特定类型，就需要指定ctypes的函数形参类型 argtypes 。

接下来，我将举一个简单例子来说明一下

myTest.cpp：

#include "stdafx.h"
#define DLLEXPORT extern "C" __declspec(dllexport) //放在 #include "stdafx.h" 之后
#include <string>  //使用string类型 需要包含头文件 <string>
using namespace std; //string类是一个模板类，位于名字空间std中
//字符串
DLLEXPORT char *getRandData(char *arg) {
  return arg;
}

python代码：

from ctypes import *
pDll = CDLL("./myTest.dll")

########## 指定 函数的参数类型 #################
pDll.getRandData.argtypes = [c_char_p]
#第一个参数
arg1 = c_char_p(bytes("hello", 'utf-8'))

########## 指定 函数的返回类型 #################
pDll.getRandData.restype = c_char_p

########### 调用动态链接库函数 ##################
res = pDll.getRandData(arg1)

#打印返回结果
print(res.decode()) #返回的是utf-8编码的数据，需要解码

或者如下形式：

from ctypes import *
pDll = CDLL("./myTest.dll")

########## 指定 函数的返回类型 #################
pDll.getRandData.restype = c_char_p

########### 调用动态链接库函数 ##################
res = pDll.getRandData(b'hello') # 或者变量.encode()

#打印返回结果
print(res.decode()) #返回的是utf-8编码的数据，需要解码

运行结果：

四、Python_ctypes dll返回数组_结构体

在ctypes里，可以把数组指针传递给dll，但是我们无法通过dll获取到c++返回的数组指针。由于python中没有对应的数组指针类型，因此，要获取dll返回的数组，我们需要借助结构体。

myTest.cpp：

#include "stdafx.h"
#define DLLEXPORT extern "C" __declspec(dllexport) //放在 #include "stdafx.h" 之后
#include <string>  //使用string类型 需要包含头文件 <string>
using namespace std; //string类是一个模板类，位于名字空间std中


typedef struct StructPointerTest
{
  char name[20];
  int age;
  int arr[3];
  int arrTwo[2][3];
}StructTest, *StructPointer;


//sizeof(StructTest)就是求 struct StructPointerTest 这个结构体占用的字节数 
//malloc(sizeof(StructTest))就是申请 struct StructPointerTest 这个结构体占用字节数大小的空间
//(StructPointer)malloc(sizeof(StructTest))就是将申请的空间的地址强制转化为 struct StructPointerTest * 指针类型
//StructPointer p = (StructPointer)malloc(sizeof(StructTest))就是将那个强制转化的地址赋值给 p
StructPointer p = (StructPointer)malloc(sizeof(StructTest));

//字符串
DLLEXPORT StructPointer test()  // 返回结构体指针 
{
  strcpy_s(p->name, "Lakers");
  p->age = 20;
  p->arr[0] = 3;
  p->arr[1] = 5;
  p->arr[2] = 10;
  
  for (int i = 0; i < 2; i++)
    for (int j = 0; j < 3; j++)
      p->arrTwo[i][j] = i*10+j;

  return p;
}

python代码：

# 返回结构体
import ctypes

path = r'./myTest.dll'
dll = ctypes.WinDLL(path)

#定义结构体
class StructPointer(ctypes.Structure): #Structure在ctypes中是基于类的结构体
  _fields_ = [("name", ctypes.c_char * 20), #定义一维数组
        ("age", ctypes.c_int),
        ("arr", ctypes.c_int * 3),  #定义一维数组
        ("arrTwo", (ctypes.c_int * 3) * 2)] #定义二维数组

#设置导出函数返回类型
dll.test.restype = ctypes.POINTER(StructPointer) # POINTER(StructPointer)表示一个结构体指针
#调用导出函数
p = dll.test()

print(p.contents.name.decode()) #p.contents返回要指向点的对象  #返回的字符串是utf-8编码的数据，需要解码
print(p.contents.age)
print(p.contents.arr[0]) #返回一维数组第一个元素
print(p.contents.arr[:]) #返回一维数组所有元素
print(p.contents.arrTwo[0][:]) #返回二维数组第一行所有元素
print(p.contents.arrTwo[1][:]) #返回二维数组第二行所有元素

运行结果：