Python 使用ctypes调用 C 函数

这几天使用AES+cfb模式加密解密，需要写个客户端测试。

服务器是C写的，测试客户端用python，用一个第三方的模块 pycrypto-2.3 来加密。

很奇怪，python加密的C解不开，C加密的python也解不开，估计实现上还是有点区别。

没办法了，只能在python中直接调用c的函数了。

ctypes，真是个好东西，python中用这个真是简单易用

下面就一步一步解释用法吧，以Linux为例讲解。

1， 首先确定你的python支持不支持ctypes

python2.7以后ctypes已经是标配了，2.4以后的版本得自己装下ctypes

2，加载动态库

     两种加载方式

     >>> from ctypes import *
     >>> libc = cdll . LoadLibrary ( "libc.so.6" )
     >>> libc.printf("%d",2)
     >>> from ctypes import *
     >>> libc = CDLL ( "libc.so.6" )
     >>> libc.printf("%d",2)

3, 调用系统函数

   上面的例子已经调用了系统函数printf，这里再给几个其他例子

     >>> from ctypes import *
     >>> libc = CDLL ( "libc.so.6" )
     >>> print libc . time ( None )
     1308019893
     >>> print libc.atoi("234")
     234

4，ctypes 数据类型和 C数据类型 对照表

ctypes type	C type	Python type
c_bool	_Bool	bool (1)
c_char	char	1-character string
c_wchar	wchar_t	1-character unicode string
c_byte	char	int/long
c_ubyte	unsigned char	int/long
c_short	short	int/long
c_ushort	unsigned short	int/long
c_int	int	int/long
c_uint	unsigned int	int/long
c_long	long	int/long
c_ulong	unsigned long	int/long
c_longlong	__int64 or long long	int/long
c_ulonglong	unsigned __int64 or unsigned long long	int/long
c_float	float	float
c_double	double	float
c_longdouble	long double	float
c_char_p	char * (NUL terminated)	string or None
c_wchar_p	wchar_t * (NUL terminated)	unicode or None
c_void_p	void *	int/long or None

这些数据都可以用一个默认值进行创建

>>> c_int()
c_long(0)
>>> c_char_p("Hello, World")
c_char_p('Hello, World')
>>> c_ushort(-3)
c_ushort(65533)
>>>

这些数据也可以被改变：

>>> i = c_int(42)
>>> print i
c_long(42)
>>> print i.value
42
>>> i.value = -99
>>> print i.value
-99
>>>

赋值给 c_char_p，c_wchar_p，c_void_p

只改变他们指向的内存地址，而不是改变内存的内容


>>> s = "Hello, World"
>>> c_s = c_char_p(s)
>>> print c_s
c_char_p('Hello, World')
>>> c_s.value = "Hi, there"
>>> print c_s
c_char_p('Hi, there')
>>> print s                 # first string is unchanged
Hello, World
>>>

如果需要可改变内容的字符串，需要使用 create_string_buffer()


>>> from ctypes import *
>>> p = create_string_buffer(3)      # create a 3 byte buffer, initialized to NUL bytes
>>> print sizeof(p), repr(p.raw)
3 '/x00/x00/x00'
>>> p = create_string_buffer("Hello")      # create a buffer containing a NUL terminated string
>>> print sizeof(p), repr(p.raw)
6 'Hello/x00'
>>> print repr(p.value)
'Hello'
>>> p = create_string_buffer("Hello", 10)  # create a 10 byte buffer
>>> print sizeof(p), repr(p.raw)
10 'Hello/x00/x00/x00/x00/x00'
>>> p.value = "Hi"
>>> print sizeof(p), repr(p.raw)
10 'Hi/x00lo/x00/x00/x00/x00/x00'
>>>

5，函数返回类型

函数默认返回 C int 类型，如果需要返回其他类型，需要设置函数的 restype 属性

>>> strchr = libc.strchr
>>> strchr("abcdef", ord("d")) # doctest: +SKIP
8059983
>>> strchr.restype = c_char_p # c_char_p is a pointer to a string
>>> strchr("abcdef", ord("d"))
'def'
>>> print strchr("abcdef", ord("x"))
None
>>>

6，传递指针或者引用

很多情况下 C 函数需要传递指针或者引用，ctypes也完美的支持这一点
byref() 用来传递引用参数，pointer() 函数也可以完成同样的工作，但pointer()会创建一个实际的指针对象，如果你不需要一个指针对象，
用byref()会快很多

>>> i = c_int()
>>> f = c_float()
>>> s = create_string_buffer('/000' * 32)
>>> print i.value, f.value, repr(s.value)
0 0.0 ''
>>> libc.sscanf("1 3.14 Hello", "%d %f %s",... byref(i), byref(f), s)
3
>>> print i.value, f.value, repr(s.value)
1 3.1400001049 'Hello'
>>>

7，结构体和联合
结构体和联合必须从 Structure 和 Union 继承，子类必须定义
_fields_ 属性，_fields_ 属性必须是一个2元组的列表，
包括一个field名字和field的类型
field类型 必须是一个ctypes的类型例如 c_int, 或者其他继承自ctypes的类型，结构体，联合，数组，指针。

下面的例子演示一个 POINT结构体，包括 field  X，Y

>>> from ctypes import *
>>> class POINT(Structure):.
    _fields_ = [("x", c_int),
                ("y", c_int)]

>>> point = POINT(10, 20)
>>> print point.x, point.y
10 20
>>> point = POINT(y=5)
>>> print point.x, point.y
0 5
>>> POINT(1, 2, 3)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1
, in ?
ValueError
: too many initializers
>>>

一个复杂点的例子，field类型也是一个结构体

>>> class RECT(Structure):
...     _fields_ = [("upperleft", POINT),
...                 ("lowerright", POINT)]
...
>>> rc = RECT(point)
>>> print rc.upperleft.x, rc.upperleft.y
0 5
>>> print rc.lowerright.x, rc.lowerright.y
0 0
>>>

多种方式进行初始化
>>> r = RECT(POINT(1, 2), POINT(3, 4))
>>> r = RECT((1, 2), (3, 4))

8，数组

数组定义很简单

定义一个有10个POINT元素的数组

TenPointsArrayType = POINT * 10

初始化和使用数组：

>>> from ctypes import *
>>> TenIntegers = c_int * 10
>>> ii = TenIntegers(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)
>>> print ii
<c_long_Array_10 object at 0x...>
>>> for i in ii: print i,
...
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
>>>


9，指针
pointer() 函数可以创建一个指针

Pointer实例有一个 contents属性 返回指针指向的对象

>>> from ctypes import *
>>> i = c_int(42)
>>> pi = pointer(i)
>>> pi.contents
c_long(42)

可以改变指针指向的内容

>>> i = c_int(99)
>>> pi.contents = i
>>> pi.contents
c_long(99)
>>>

可以按数组方式访问：

>>> pi[0]
99
>>>

按数组方式改变值
>>> print i
c_long(99)
>>> pi[0] = 22
>>> print i
c_long(22)
>>>

以上都是ctypes的基本用法，对普通的开发人员来说，基本够用了

更详细的说明请参考：http://docs.python.org/library/ctypes.html