python - 使用 ctypes 访问内存地址处的数据

Question

我正在尝试为一个将输入作为指针的旧 C 程序创建一个 Python 包装器。此时，我可以让程序运行，但无法弄清楚如何取回指定指针处的值。

这是一个简化的 C 脚本:

#include <stdlib.h>

void cprogram(double *wts, double *res, int *kks, int n, double *ex) {
  int m;
  m=n+1;
  res[0]=1.0;
  kks[0]=1.0;}

这是我简化的 Python 代码:

from ctypes import *
import sys

libc = CDLL("src/program.so")  

class CONTEXT(Structure):
  _fields_ = [
                ("wts", POINTER(c_double)), //tried just to see if it would work
                ("res", c_double),
                ("kks", c_int),
                ("n", c_int),
                ("ex", c_double)]

def runner():
    kk = (1,2,3)
    n = 3
    mm = n + 1
    wts = (c_double * n)(1, 1, 1)
    res = (c_double * mm)(0)
    kks = (c_int * len(kk))(*kk)
    n = c_int(n)
    ex = c_double(0)

    libc.cprogram.restype = POINTER(CONTEXT)

    tmp = libc.cprogram(wts, res, kks, n, ex)

runner()

我尝试过像 print tmp[1].wts[1] 和 print tmp[2] 这样的命令，但这只打印内存地址而不是值(或者像 2.15880221124e-314 这样非常小的不正确值)。我希望能够返回 wts 值的列表。

Answer 1

您的 C 函数返回 void，而不是 CONTEXT *。因此，您的代码只是将随机未初始化的内存转换到 CONTEXT *，然后尝试取消引用它。

最重要的是，即使它确实通过引用返回了一个CONTEXT对象，tmp[1]也会尝试取消引用内存在那个对象之后，所以它仍然是垃圾。

当您尝试将随机内存解释为 double 值时，如果您幸运的话，您将遇到段错误或类似 2.15880221124e-314 的值 - 如果您不幸，您将获得看起来正确但仍然是随机值，例如 0.0。

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与此同时，由于您的 C 函数会就地修改其参数，因此您无需在此处做任何花哨的事情。只需使用您传入的变量即可。

所以:

def runner():
    kk = (1,2,3)
    n = 3
    mm = n + 1
    wts = (c_double * n)(1, 1, 1)
    res = (c_double * mm)(0)
    kks = (c_int * len(kk))(*kk)
    n = c_int(n)
    ex = c_double(0)

    libc.cprogram.restype = None

    libc.cprogram(wts, res, kks, n, ex)

    print wts[1]

这有效，并打印出 1.0。

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如果您的 C 函数 did 返回一个 CONTEXT 结构数组，与您的 ctypes 声明相匹配，这一切都可以正常工作。例如:

#include <stdlib.h>

typedef struct {
  double *wts;
  double res;
  int kks;
  int n;
  double ex;
} CONTEXT;

CONTEXT *cprogram(double *wts, double *res, int *kks, int n, double *ex) {
  int m;
  m=n+1;
  res[0]=1.0;
  kks[0]=1.0;

  CONTEXT *contexts = malloc(sizeof(CONTEXT) * 4);
  for (int i=0; i!=4; ++i) {
    double *wtsses = malloc(sizeof(double) * 5);
    for (int j=0; j!=4; ++j) {
      wtsses[j] = i + j;
    }
    CONTEXT context = { wtsses, *res, *kks, m, *ex };
    contexts[i] = context;
  }
  return contexts;
}

编译它，使用添加的 print tmp[1].wts[1] 运行您现有的 Python 脚本，它将打印出 2.0。

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最后，为了您的后续，首先让我们将 C 代码更改为采用 int *n，其中 *n 是输入:

void cprogram(double *wts, double *res, int *kks, int *n, double *ex) {
  int m;
  m=*n+1;
  res[0]=1.0;
  kks[0]=1.0;}

现在，要从 Python 中调用它，您必须创建一个 c_int 并将指针传递给它。由于您已经完成了前半部分(之前没有必要，只需设置 argtypes 即可……但现在有必要，这很方便)，这只是一行更改:

libc.cprogram(wts, res, kks, pointer(n), ex)

如果 n 是输入输出参数，这甚至有效。

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但实际上，您根本不需要从 Python 中看到指针对象；您唯一要做的就是创建它以传递给函数，然后让它被收集。要在不创建 ctypes 指针对象的情况下传递 C 指针(即使 n 是 in-out 参数，它仍然有效)，请使用 byref:

libc.cprogram(wts, res, kks, byref(n), ex)