python - 将 Numpy 数组传递给 C 函数以进行输入和输出

Question

哦，我的话我是个傻瓜。我只是在调用函数时省略了第二个和第三个参数。像一个傻瓜。因为我就是这样。原来的愚蠢问题如下:

这个好像应该是很常见的事情，但是找不到相关教程，对Numpy和ctypes太无知了自己想办法。

我在文件 ctest.c 中有一个 C 函数。

#include <stdio.h>

void cfun(const void * indatav, int rowcount, int colcount, void * outdatav) {
    //void cfun(const double * indata, int rowcount, int colcount, double * outdata) {
    const double * indata = (double *) indatav;
    double * outdata = (double *) outdatav;
    int i;
    puts("Here we go!");
    for (i = 0; i < rowcount * colcount; ++i) {
        outdata[i] = indata[i] * 2;
    }
    puts("Done!");
}

(你可能猜到了，我最初的参数是 double * 而不是 void *，但不知道在 Python 端该怎么做。我当然很想把它们改回来，但我只要有效就不会挑剔。)

我用它制作了一个共享库。 gcc -fPIC -shared -o ctest.so ctest.c

然后在 Python 中，我有几个 numpy 数组，我想将它们传递给 C 函数，一个作为输入，一个作为输出。

indata = numpy.ones((5,6), dtype=numpy.double)
outdata = numpy.zeros((5,6), dtype=numpy.double)
lib = ctypes.cdll.LoadLibrary('./ctest.so')
fun = lib.cfun
# Here comes the fool part.
fun(ctypes.c_void_p(indata.ctypes.data), ctypes.c_void_p(outdata.ctypes.data))

print 'indata: %s' % indata
print 'outdata: %s' % outdata

这不会报告任何错误，但会打印出来

>>> Here we go!
Done!
indata: [[ 1.  1.  1.  1.  1.  1.]
 [ 1.  1.  1.  1.  1.  1.]
 [ 1.  1.  1.  1.  1.  1.]
 [ 1.  1.  1.  1.  1.  1.]
 [ 1.  1.  1.  1.  1.  1.]]
outdata: [[ 0.  0.  0.  0.  0.  0.]
 [ 0.  0.  0.  0.  0.  0.]
 [ 0.  0.  0.  0.  0.  0.]
 [ 0.  0.  0.  0.  0.  0.]
 [ 0.  0.  0.  0.  0.  0.]]

outdata 数组未修改。事实上，如果我再次调用该函数，我会得到一个段错误。这并不让我感到惊讶——我真的不知道我在这里做什么。谁能指出我正确的方向？

Answer 1

虽然不是对您最初问题的直接回答，但这里有一种更方便的方式来调用您的函数。首先，使 C 函数的原型(prototype)与在普通 C 中所做的完全一样。由于您不需要单独的 rowcount 和 colcount，我将它们折叠成单个 size 参数:

void cfun(const double *indatav, size_t size, double *outdatav) 
{
    size_t i;
    for (i = 0; i < size; ++i)
        outdatav[i] = indatav[i] * 2.0;
}

现在按以下方式定义 ctypes 原型(prototype):

import ctypes
from numpy.ctypeslib import ndpointer
lib = ctypes.cdll.LoadLibrary("./ctest.so")
fun = lib.cfun
fun.restype = None
fun.argtypes = [ndpointer(ctypes.c_double, flags="C_CONTIGUOUS"),
                ctypes.c_size_t,
                ndpointer(ctypes.c_double, flags="C_CONTIGUOUS")]

现在，调用您的函数将非常方便:

indata = numpy.ones((5,6))
outdata = numpy.empty((5,6))
fun(indata, indata.size, outdata)

您还可以定义一个包装器以使其更加方便:

def wrap_fun(indata, outdata):
    assert indata.size == outdata.size
    fun(indata, indata.size, outdata)