通過ctypes向C程序傳遞一維和二維數組（Linux環境下）

使用ctypes可以在python中調用C程序，它提供與C相兼容的數據類型，比如整數類型，浮點數類型，數組等等。這篇文章主要在Linux環境下進行，作為自己日常學習的筆記，如有不對的地方歡迎拍磚。

我們先從最簡單的一維數組的例子開始，比如我們有個C函數addOne它的作用是使輸入的數組的每個元素+1, 我們想用python程序調用它，從python中向該c函數輸入參數，在c程序中將每個值+1之后將數組返還給python程序，該聯合的程序主要有兩個部分構成：C語言部分和python部分，依次進行說明。

C程序部分的編寫和生成鏈接庫

//addOne.c
//這個程序將輸入數組的每個元素值+1
//輸入參數：數組a，及a的元素個數n
void addOne(unsigned char *a,int n)
{
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        a[i]++;
    }
}

我們寫好了這個程序之后，我們需要讓他成為動態鏈接庫 addOne.so

$ gcc addOne.c -fPIC -shared -o libAddOne.so

 其中幾個參數的含義是: 

-fPIC 作用於編譯階段，告訴編譯器產生與位置無關代碼(Position-Independent Code)，則產生的代碼中，沒有絕對地址，全部使用相對地址，故而代碼可以被加載器加載到內存的任意位置，都可以正確的執行。這正是共享庫所要求的，共享庫被加載時，在內存的位置不是固定的（參考自http://blog.sina.com.cn/s/blog_54f82cc201011op1.html）

-shared 該選項指定生成動態鏈接庫

-o 指定輸出目標名稱

在python腳本中調用該庫

#addOneMain.py 
 2 import ctypes
arr=(ctypes.c_uint8*3)(0,1,2)

adder=ctypes.CDLL('./libAddOne.so')
adder.addOne(arr,3)

for i in range(0,len(arr)):
    print(arr[i],end=' ')
print()

該程序首先定義了一個與C相兼容的數組arr，該數組的創建方法是將一個ctypes的基本數據類型乘以一個正整數。之后使用CDLL實例化了一個對象adder，該adder對象中有addOne這個方法。之后將arr這個數組傳遞給C函數，再將處理結果打印出來。運行上面的python程序可以得到結果為：

1 2 3

由上面的小例子可以引出一下的一些基本知識。

ctypes 常用數據類型

我平時在寫程序的時候，經常用到的幾個ctypes數據類型分別有：基本數據類型，數組，指針。

基本數據類型

ctypes 中的常用基本數據類型如下表，完整的表格可以參考https://docs.python.org/3.6/library/ctypes.html

ctypes 類型	C 類型	python 類型
c_int8	char	int
c_uint8	unsigned char	int
c_float	float	float
c_bool	_Bool (C99 標准)	bool(1)

數組

ctypes 官方所推薦的構成一維數組的方法是將ctypes中的基本類型乘以一個正整數，比如上述例子中構造一個c_uint8型數組arr，其中包含3個元素，分別是"0，1，2"，我們就可以這樣構造它

arr=(ctypes.c_uint8*3)(0,1,2)

當然，我們也可以不明確初始化其值，ctypes會默認將所有元素的值設置為0

arr=(ctypes.c_uint8*3)()

這樣數組中每個元素的值都是0。在學會使用ctypes聲明一維數組之后，我們來討論一下如何聲明二維數組，上個例子中的一維數組，每個元素是一個uint8類型的值，那么二維數組是什么呢，二維數組相當於一個數組的外面又套着一個數組，我們可以通過下面的代碼來體會一下。

 brr=((ctypes.c_int*2)*3)((ctypes.c_int*2)(1,2),(ctypes.c_int*2)(3,4),(ctypes.c_int*2)(5,6))

通過這樣的聲明，我們就能得到一個3*2的數組，該數組相當於有一個1*3的數組brr,它的每個元素都是一個1*2的uint8型的數組。當然，我們也可以不先對它賦值，這樣ctypes就會自動為每個值賦值為0，即

 brr=((ctypes.c_int*2)*3)()

接下來，我們通過一個例子來驗證一下，我們在python中聲明這個數組brr,然后將它傳遞給C程序，

#initArrayMain.py
import ctypes

brr=((ctypes.c_int*2)*3)()
init=ctypes.CDLL('./libInitArray.so')
init.initArr(brr)
for i in range(0,6):
    print(brr[int(i/2)][i%2],end=' ')
    if i%2:
        print()

在C程序中將0-5依次賦值給這6個元素

//initArray.c
void initArr(int arr[][2]){
    for(int i=0;i<6;i++)
    {
        arr[i/2][i%2]=i;
    }
}

最后運行結果：

0  1
2  3
4  5

指針 

將一個ctypes的基本類型的變量通過ctypes.pointer()函數就可以聲明一個指向該變量的指針啦

i=ctypes.c_int(8)
pi=ctypes.pointer(i)