Python ctypes 位域

Question

我需要一个与 ctypes 结构兼容的位域定义，这样我就可以将它用作指向一组内存映射的硬件寄存器的指针，即

class RegFile(Structure):
    _fields_ = [
        ('ticks', c_uint32),
        ('id', id_bitfield),
    ]

理想情况下，它们是非常 Pythonic 的东西，并且表现得像字典。我已经设法处理了大部分血淋淋的细节，现在我有了一个工厂函数，它可以像制作命名元组一样制作位域类。下面是一个拆分标准 float 字段的示例。

def make_register(name, fields, basetype=c_uint32):
    # Define the underlying bitfield type
    bitfield = type(name + '_bitfield', (LittleEndianStructure, ), {})
    bitfield._pack_ = 1
    bitfield._fields_ = fields

    # Set up the union
    d = {
        '_fields_' : [('base', basetype), ('_b', bitfield)],
        '_anonymous_' : ('_b',),
        '__iter__' : _register_iter,
        'keys' : _register_keys,
        'items' : _register_items,
        'update' : _register_update
    }
    return type(name, (Union, ), d)

ieee754_fields = [
    ('mantissa', c_uint, 23),
    ('exponent', c_uint, 8),
    ('sign', c_uint, 1)
]
IEEE754 = make_register('IEEE754', ieee754_fields, c_float)
x = IEEE754()

这工作得体，但不是特别 Pythonic 感觉的语法。理想情况下，我会有一些答案允许我将位域类定义为:

class IEEE754(Register):
    """Individual bitfields of a standard IEEE-754 floating point number."""
    _fields_ = ieee754_fields
    _basetype_ = c_float

但我一直没能使 Register 类成为现实。看起来 Register 应该继承自 Union 并应用一些元类魔法，但元类与 Union 的冲突就在于此。有什么想法吗？还是我应该坚持使用现有的东西？

Answer 1

您可以通过创建一个扩展 type(ctypes.Union) 的 Register 元类来实现您所描述的内容，如下所示:

class Register(type(ctypes.Union)):
    def __new__(mcs, name, bases, dict):
        #make the bitfield class
        class regBitfield(ctypes.LittleEndianStructure):
            _fields_ = dict['_fields_']
        #set up the Union
        class regUnion(ctypes.Union):
            _fields_ = [('base', dict['_basetype_']), ('_b', regBitfield)]
            _anonymous_ = ('_b', )
            __iter__ = _register_iter
            keys = _register_keys
            items = _register_items
            update = _register_update
        #return a subclass of the temporary regUnion class
        return type(ctypes.Union).__new__(mcs, name, (regUnion,), dict)

class IEEE754: #for Python3 use class IEEE754(metaclass=Register):
    __metaclass__ = Register #omit this line Python3
    _fields_ = [('mantissa', ctypes.c_uint, 23),
                ('exponent', ctypes.c_uint, 8),
                ('sign', ctypes.c_uint, 1)
               ]
    _basetype_ = ctypes.c_float

这与您的 make_register 函数的工作方式几乎相同，但利用类系统的现有机制和扩展 ctypes.Union 和 ctypes.结构。具体来说，ctypes.Union 或 ctypes.Structure 子类的任何子类都将扩展 _fields_ 列表，而不是而不是更换它。知道这一点，我们可以在最终类扩展的 Register 元类的 __new__ 中创建临时类。有了以上:

>>> myFloat = IEEE754(42.0)
>>> print(myFloat.base)
42.0
>>> print(myFloat.mantissa)
2621440L
>>> fltReg._fields_
[('mantissa', <class 'ctypes.c_ulong'>, 23), ('exponent', <class 'ctypes.c_ulong'>, 8), ('sign', <class 'ctypes.c_ulong'>, 1)]

如果正在创建的类型具有多个基数，则 Register.__new__ 方法可能会中断。