利用 ctypes 模塊整合 Python 程序和 C 程序
ctypes 模塊
ctypes 是 Python 的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊携御，它包含在 Python2.3 及以上的版本里。ctypes 是一個(gè) Python 的高級(jí)外部函數(shù)接口，它使得 Python 程序可以調(diào)用 C 語(yǔ)言編譯的靜態(tài)鏈接庫(kù)和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。運(yùn)用 ctypes 模塊玛迄，能夠在 Python 源程序中創(chuàng)建，訪問(wèn)和操作簡(jiǎn)單的或復(fù)雜的 C 語(yǔ)言數(shù)據(jù)類(lèi)型棚亩。最為重要的是 ctypes 模塊能夠在多個(gè)平臺(tái)上工作蓖议，包括 Windows，Windows CE讥蟆，Mac OS X勒虾，Linux，Solaris瘸彤，F(xiàn)reeBSD修然，OpenBSD。
接下來(lái)通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)看一下 ctypes 模塊如何整合 Python 程序和 C 程序质况。
源代碼層面上的整合
利用 Python 本身提供的 ctypes 模塊可以使 Python 語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言在源代碼層面上進(jìn)行整合愕宋。本節(jié)介紹了如何通過(guò)使用 ctypes 庫(kù)，在 Python 程序中可以定義類(lèi)似 C 語(yǔ)言的變量结榄。
下表列出了 ctypes 變量類(lèi)型中贝，C 語(yǔ)言變量類(lèi)型和 Python 語(yǔ)言變量類(lèi)型之間的關(guān)系：
表 1. ctypes，c 語(yǔ)言和 Python 語(yǔ)言變量類(lèi)型關(guān)系

表1

>>> from ctypes import * # 導(dǎo)入 ctypes 庫(kù)中所有模塊
>>> i = c_int(45) # 定義一個(gè) int 型變量视哑，值為 45 
>>> i.value # 打印變量的值 45 
>>> i.value = 56 # 改變?cè)撟兞康闹禐?56 
>>> i.value # 打印變量的新值 56

從下面的例子可以更明顯地看出 ctypes 里的變量類(lèi)型和 C 語(yǔ)言變量類(lèi)型的相似性：
清單 2. ctypes 使用 C 語(yǔ)言變量

>>> p = create_string_buffer(10) # 定義一個(gè)可變字符串變量绣否，長(zhǎng)度為 10 
>>> p.raw # 初始值是全 0，即 C 語(yǔ)言中的字符串結(jié)束符’ \0 ’'\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00' 
>>> p.value = "Student" # 字符串賦值 
>>> p.raw # 后三個(gè)字符仍是’ \0 ’'Student\x00\x00\x00' 
>>> p.value = "Big" # 再次賦值 
>>> p.raw # 只有前三個(gè)字符被修改挡毅，第四個(gè)字符被修改為’ \0 ’'Big\x00ent\x00\x00\x00'

下面例子說(shuō)明了指針操作：
清單 3. ctypes 使用 C 語(yǔ)言指針

>>> i = c_int(999) # 定義 int 類(lèi)型變量 i蒜撮，值為 999 
>>> pi = pointer(i) # 定義指針，指向變量 i 
>>> pi.contents # 打印指針?biāo)傅膬?nèi)容 c_long(999) 
>>> pi.contents = c_long(1000) # 通過(guò)指針改變變量 i 的值 
>>> pi.contents # 打印指針?biāo)傅膬?nèi)容 c_long(1000)

下面例子說(shuō)明了結(jié)構(gòu)和數(shù)組的操作：
清單 4. ctypes 使用 C 語(yǔ)言數(shù)組和結(jié)構(gòu)體

>>> class POINT(Structure): # 定義一個(gè)結(jié)構(gòu)跪呈，內(nèi)含兩個(gè)成員變量 x段磨，y，均為 int 型 ... _fields_ = [("x", c_int), ... ("y", c_int)] ... 
>>> point = POINT(2,5)   # 定義一個(gè) POINT 類(lèi)型的變量庆械，初始值為 x=2, y=5 
>>> print point.x, point.y # 打印變量 2 5 
>>> point = POINT(y=5)   # 重新定義一個(gè) POINT 類(lèi)型變量薇溃，x 取默認(rèn)值 
>>> print point.x, point.y # 打印變量 0 5 
>>> POINT_ARRAY = POINT * 3 # 定義 POINT_ARRAY 為 POINT 的數(shù)組類(lèi)型 # 定義一個(gè) POINT 數(shù)組，內(nèi)含三個(gè) POINT 變量 
>>> pa = POINT_ARRAY(POINT(7, 7), POINT(8, 8), POINT(9, 9))     
>>> for p in pa: print p.x, p.y # 打印 POINT 數(shù)組中每個(gè)成員的值 ... 7 7 8 8 9 9

Python 訪問(wèn) C 語(yǔ)言 dll
通過(guò) ctypes 模塊缭乘，Python 程序可以訪問(wèn) C 語(yǔ)言編譯的 dll沐序，本節(jié)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，Python 程序 helloworld.py 中調(diào)用 some.dll 中的 helloworld 函數(shù)堕绩，來(lái)介紹 Python 程序如何調(diào)用 windows 平臺(tái)上的 dll策幼。
導(dǎo)入動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)清單 ctypes 導(dǎo)入 dll
from ctypes import windll # 首先導(dǎo)入 ctypes 模塊的 windll 子模塊 somelibc = windll.LoadLibrary(some.dll) # 使用 windll 模塊的 LoadLibrary 導(dǎo)入動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)
訪問(wèn)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中的函數(shù)清單 ctypes 使用 dll 中的函數(shù)
somelibc. helloworld() # 這樣就可以得到 some.dll 的 helloworld 的返回值。

整個(gè) helloworld.py 是這樣的：
清單 7. Python helloworld 代碼

from ctypes import windll def callc(): # load the some.dll 
somelibc = windll.LoadLibrary(some.dll) 
print somelibc. helloworld() 
if __name__== “__main__”: callc()

在命令行運(yùn)行 helloworld.py奴紧，在 console 上可以看到 some.dll 中 helloworld 的輸出特姐。
清單 8. Python hellpworld Windows command console 運(yùn)行輸出
C:>python C:\python\test\helloworld.py Hello World! Just a simple test.
Python 調(diào)用 C 語(yǔ)言 so
通過(guò) ctypes 模塊，Python 程序也可以訪問(wèn) C 語(yǔ)言編譯的 so 文件黍氮。與 Python 調(diào)用 C 的 dll 的方法基本相同唐含，本節(jié)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子浅浮，Python 程序 helloworld.py 中調(diào)用 some.so 中的 helloworld 函數(shù)，來(lái)介紹 Python 程序如何調(diào)用 linux 平臺(tái)上的 so捷枯。
導(dǎo)入動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)清單 ctypes 導(dǎo)入 so
from ctypes import cdll # 首先導(dǎo)入 ctypes 模塊的 cdll 子模塊滚秩，注意 linux 平臺(tái)上使用 cdll 的，而不是 windll淮捆。

somelibc = cdll.LoadLibrary(“./some.so”) # 使用 cdll 模塊的 LoadLibrary 導(dǎo)入動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)

訪問(wèn)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中的函數(shù)清單 ctypes 使用 so 中的函數(shù)

somelibc. helloworld() # 使用方法與 windows 平臺(tái)上是一樣的郁油。

整個(gè) helloworld.py 是這樣的：
清單 11. Python helloworld 代碼

from ctypes import cdll def callc(): # load the some.so 
somelibc = cdll.LoadLibrary(some.so) print somelibc. helloworld() 
if __name__== “__main__”: callc()

在命令行運(yùn)行 helloworld.py，在 linux 標(biāo)準(zhǔn)輸出上可以看到 some.so 中 helloworld 的輸出攀痊。
清單 12. Python hellpworld Linux shell 運(yùn)行輸出

[root@linux-790t] python ./helloworld.py Hello World! Just a simple test.

Python 程序和 C 程序整合實(shí)例
以下我們舉例用 Python 來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)小工具桐腌，用來(lái)實(shí)現(xiàn) hash 算法，查看文件的校驗(yàn)和（MD5,CRC,SHA1 等等）苟径。通過(guò)查看文件的校驗(yàn)和案站，可以知道文件在傳輸過(guò)程中是否被破壞或篡改。
Hash涩笤，一般翻譯做“散列”嚼吞，也有直接音譯為"哈希"的，就是把任意長(zhǎng)度的輸入（又叫做預(yù)映射蹬碧，pre-image）舱禽，通過(guò)散列算法，變換成固定長(zhǎng)度的輸出恩沽，該輸出就是散列值誊稚。這種轉(zhuǎn)換是一種壓縮映射，也就是罗心，散列值的空間通常遠(yuǎn)小于輸入的空間里伯，不同的輸入可能會(huì)散列成相同的輸出，而不可能從散列值來(lái)唯一的確定輸入值渤闷。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是一種將任意長(zhǎng)度的消息壓縮到某一固定長(zhǎng)度的消息摘要的函數(shù)疾瓮。
由于相對(duì) C 語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，Python 的運(yùn)行效率較低飒箭，因此我們的 Python 小工具利用一個(gè)已有的 C 語(yǔ)言的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) (hashtcalc.dll) 來(lái)實(shí)現(xiàn)我們的程序狼电。本例中，我們運(yùn)用 wxPython 編寫(xiě)簡(jiǎn)單的 GUI 界面弦蹂，通過(guò) python 調(diào)用 hashtcalc.dll 的接口計(jì)算文件的校驗(yàn)和肩碟，然后輸出在界面上。
架構(gòu)圖
圖 1. 工具的架構(gòu)圖

圖 1. 工具的架構(gòu)圖

from ctypes import windll 
from ctypes import * 
class HashcalcAdapter(object): 
  def __init__(self, dllpath): 
    self._dllpath = dllpath self._libc = windll.LoadLibrary(self._dllpath)
  def calc_CRC32(self, filename):
    new_filename = c_char_p(filename) 
    return self._libc.calc_CRC32(new_filename) def calc_MD5(self, filename): 
    new_filename = c_char_p(filename)
    return self._libc.calc_MD5(new_filename)
   def calc_SHA1(self, filename):
    new_filename = c_char_p(filename)
    return self._libc.calc_SHA1(new_filename)

運(yùn)行界面
圖 2. 工具的運(yùn)行界面

圖 2. 工具的運(yùn)行界面