Python CFFI - 无法在函数调用中使用格式化的 Python 字符串作为字节数组

Question

我正在学习如何将用 C 编写的代码包含到 Python 中，因为我有一个用于 Microchip 设备的 API，这对于我希望通过为其添加一个 Python 包装器来让我将来的生活更轻松，这将使我能够更快地测试东西。一种方法是使用 cffi 模块，该模块甚至为用户提供了 verify() ，该模块基本上调用 C 编译器来检查是否提供的 cdef(...) 是正确的。

我编写了一个小项目，以便我可以首先学习如何正确使用cffi。它由两部分组成

1. Library - 用 C 编写。我相应地使用 cmake 和 make 来编译其代码:

   CMakeLists.txt

   project(testlib_for_cffi)
   cmake_minimum_required(VERSION 2.8)
   
   set(CMAKE_BUILD_TYPE Release)
   set(CMAKE_CXX_FLAGS "-fPIC ${CMAKE_C_FLAGS}")
   # Debug build
   set(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "${CMAKE_C_FLAGS_DEBUG} -Wall -g -O0")
   # Release build
   set(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "${CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE} -Os")
   
   aux_source_directory(. SRC_LIST)
   add_library(testcffi SHARED ${SRC_LIST})
   
   # Not required for the library but needed if I want to check for memory leaks with Valgrind
   set(SRC main.c)
   add_executable(${PROJECT_NAME} ${SRC})
   target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PUBLIC testcffi)
   

   testcffi.h

   typedef struct
   {
     double x;
     double y;
     double z;
     char *label;
   } point_t;
   
   // Creation, printing and deletion
   point_t* createPoint(double x, double y, double z, char *label);
   void printPoint(point_t *point);
   void deletePoint(point_t *point);
   

   testcffi.c

   #include "testcffi.h"
   #include <stdio.h>
   #include <malloc.h>
   
   point_t* createPoint(double x, double y, double z, char *label) {
     point_t *p = malloc(sizeof(point_t));
     p->x = x;
     p->y = y;
     p->z = z;
     p->label = label;
   
     return p;
   }
   
   void printPoint(point_t *point) {
     if(point == NULL) return;
     printf("Data:\n\tx : %f\n\ty : %f\n\tz : %f\n\tmsg : \"%s\"\n", point->x, point->y, point->z, point->label);
   }
   
   void deletePoint(point_t *point) {
     if(point == NULL) return;
     free(point);
     point = NULL;
   }
   

2. Python 中的测试代码 - 该代码演示了 struct 以及上述库中的三个函数的用法:

           #!/usr/bin/python3
   
           from cffi import FFI
           import random
   
           ffi = FFI()
   
           # Add library's header
           ffi.cdef('''
               typedef struct
               {
                 double x;
                 double y;
                 double z;
                 char * label;
               } point_t;
   
               // Creation, printing and deletion
               point_t * createPoint(double x=0., double y=0., double z=0., char *label="my_label");
               void printPoint(point_t *point);
               void deletePoint(point_t *point);
           ''')
   
           # Load shared object from subdirectory `build`
           CLibTC = ffi.dlopen('build/libtestcffi.so')
   
           def createList(length=5):
               if len:
                   lst = []
                   for i in range(0, length):
                       lst.append(CLibTC.createPoint(
                           float(random.random()*(i+1)*10),
                           float(random.random()*(i+1)*10),
                           float(random.random()*(i+1)*10),
                           b'hello'  # FIXME Why does ONLY this work?
                           # ('point_%d' % i).encode('utf-8') # NOT WORKING
                           # 'point_{0}'.format(str(i)).encode('utf-8') # NOT WORKING
                           # ffi.new('char[]', 'point_{0}'.format(str(i)).encode('utf-8')) # NOT WORKING
                       ))
   
                   return lst
               return None
   
   
           def printList(lst):
               if lst and len(lst):
                   for l in lst:
                       CLibTC.printPoint(l)
   
           list_of_dstruct_ptr = createList(10)
           printList(list_of_dstruct_ptr)
   

问题来自于我必须将 Python 字符串转换为的字节数组，以便将数据传递到我的 C 代码中的相应位置。

上面的代码可以工作，但是我想使用类似于 b'hello' 的其他字符串。这就是为什么我尝试在 Python 中使用 format() (及其简写形式 %)来组合一堆字母和一个数字但是。但没有成功。我要么将 "" 作为我的 point_t struct 的 label 参数的值，要么得到一个奇怪的交替垃圾数据(主要是既不是字母也不是数字的奇怪字符)。

我认为我错误地使用了 encode() 函数，但是当我在 Python 交互式 shell 中测试它时，我得到了与使用 相同的输出b'...'.

知道这是怎么回事吗？

<小时/>

一个很高兴知道的问题:从我到目前为止所读到的内容来看，cffi似乎使用了Python中的垃圾收集> 释放 C 代码中动态分配的内存。我已经用很多点对其进行了测试，但我想确保实际上总是如此。

<小时/>

更新:好吧，看起来没有 new(...) 的东西确实可以工作，但是在这种情况下，所有值都与循环中的最后一个值相同。例如，如果循环达到 10，则所有 struct Python 对象的标签中都将包含 10。这似乎是一个引用问题。当我使用 new(...) 时，我得到垃圾数据。

Answer 1

在您的 C 代码中，point_t 结构在 label 中保存一个 char *，即指向内存中其他位置的指针。如果您创建 10 个 point_t 结构，它们将保存指向内存中其他位置的 10 个字符串的指针。只要您使用 point_t 结构，您就必须确保这 10 个字符串保持事件状态。 CFFI无法猜测有这样的关系。当您执行调用 CLibTC.createPoint(..., some_string) 时，CFFI 会在调用周围分配一个 char[] 数组并复制 some_string在其中，但是这个 char[] 内存在调用后被释放。

改用这种代码:

c_string = ffi.new("char[]", some_string)
lst.append(createPoint(..., c_string))
keepalive.append(c_string)

其中 keepalive 是另一个列表，只要您需要 point_t 包含有效的标签，您就必须确保该列表保持事件状态' s。