python - 通过 ctypes 从 Python 调用的 C 函数返回不正确的值

Question

我用 C 编写了一个简单的函数，它可以将给定数字提高到给定的幂。当我在 C 中调用该函数时，该函数返回正确的值，但当我在 Python 中调用它时，它返回一个不同的、不正确的值。

我使用以下命令创建了共享文件:$ gcc -fPIC -shared -o test.so test.c

我已经尝试了 C 函数的不同配置，其中一些返回预期值，而另一些则没有。例如，当我的函数是一个使用 return x*x 且没有 for 循环的简单正方形时，它在 Python 中返回了正确的值。

我希望最终能够在 python 中调用一个 C 函数，该函数将返回一个二维 C 数组。

#include <stdio.h>

float power(float x, int exponent)
{
    float val = x;
    for(int i=1; i<exponent; i++){
        val = val*x;
    }
    return val;
}

from ctypes import *

so_file = '/Users/.../test.so'
functions = CDLL(so_file)

functions.power.argtype = [c_float, c_int]
functions.power.restype = c_float

print(functions.power(5,3))

当我在 C 中调用该函数时，我获得了 125.0 的预期输出，但是当我在 python 中调用该函数时，它返回了一个值 0.0。

这是我第一次使用 ctypes。我是否犯了导致函数计算错误的明显错误？

Answer 1

list [Python.Docs]: ctypes - A foreign function library for Python。

为了在调用函数(驻留在 .dll 中)时正确转换所有内容 (Python <=> C ( .so))，需要指定 2 件事(保留 x86 (pc032) 调用约定 (Win)一边):

1. 参数类型

2. 返回类型

在 CTypes 中，这是通过指定来实现的:

1. argtypes - 包含每个函数参数 (CTypes) 类型的序列(元组、列表)，按它们出现的顺序排列在函数声明中(如果函数只有一个参数，则应该有一个元素序列)

2. restype - 单个 CTypes 类型(函数的返回类型)

旁注:上述方法的替代方法是对外部函数进行原型(prototype)设计(CFUNCTYPE、WINFUNCTYPE、< em>PYFUNCTYPE - 检查 Function prototypes 部分(在开头的 URL 中)) .

无论如何:

• 未能指定

• 拼写错误(基本上与前面的项目符号相同)

它们中的任何一个(需要⁽¹⁾)，将导致应用默认值:所有都被处理(C89样式)作为int，(在大多数系统上)是 32 位长。
这会生成未定义的行为 ⁽²⁾(也适用于错误指定它们的情况)，尤其是在064bit CPU/OS(和 Python 进程)，其中较大类型的值(例如指针)可能会被截断(检查 [SO]: Maximum and minimum value of C types integers from Python (@CristiFati's answer) 以获取有关 C 整数类型的详细信息(限制 -> 大小))。
显示的错误可能很多，有时还会产生误导。

您拼错了 argtype(末尾缺少 s)。

纠正一下，你应该没问题

示例:

对于由 libdll.dll (libdll.so) 导出的具有以下 header 的函数 func:

double func(uint32_t ui32,
            float f,
            long long vll[8],
            void *pv,
            char *pc,
            uint8_t *pui8);

Python 等价物是:

import ctypes as cts

func = libdll.func
func.argtypes = (cts.c_uint32,
                 cts.c_float,
                 cts.c_longlong * 8,
                 cts.c_void_p,
                 cts.c_char_p,
                 cts.POINTER(cts.c_ubyte))
'''
Last 2 argument types are almost the same (1st is signed while 2nd is unsigned).
  - 1st is used for NUL terminated strings (that work with strcpy, strlen, ...).
    Python automatically converts them to bytes

  - 2nd is used for buffers in general (which may contain NUL (0x00) characters)
'''

func.restype = cts.c_double

相同(或非常相似)场景(还有许多其他场景)的一些(更具破坏性的)结果:

• [SO]: Python ctypes cdll.LoadLibrary, instantiate an object, execute its method, private variable address truncated (@CristiFati's answer)

• [SO]: python ctypes issue on different OSes (@CristiFati's answer)

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脚注

• #1:从技术上讲，有些情况不需要指定它们。但即便如此，最好还是指定它们以消除任何可能的混淆:

  • 没有参数的函数:

    function_from_dll.argtypes = ()
    

  • 函数返回void:

    function_from_dll.restype = None
    

• #2:U未定义B行为([Wikipedia]: Undefined behavior ) 顾名思义，是一段代码的结果无法“预测”(或由 C (C++) 标准保证)的情况。主要案例:

  • 按预期工作

  • 没有按预期工作

    • 有一些有趣的输出/副作用

    • 崩溃

  
  它的“美妙之处”在于有时它看起来完全是随机的，有时它在某些特定情况下(不同的机器、不同的 OSes、不同的环境、. ..).底线是所有这些纯属巧合!问题出在代码上(可以是当前代码(最有可能)或它使用的其他代码(库、编译器))。