python - 在 Python 中使用 ctypes 访问数组

Question

我正在用 C 语言编写一个 ode-solver，导出到 Windows DLL 和 DLL 的 Python 包装器。我非常习惯 Python，但我对 C 和 ctypes 也是一个完全的初学者。

受已接受答案启发的修改解决方案 here看起来像:

C 代码

/* my_clib.c */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

struct data {
  int nr_steps;
  double dt;
  double* t;
  double* x;
  double t0, x0;
 };

double fun_to_integrate(double t, double y){
    return (y - t);
 }

double rk4(double t, double y, double dt){
    double  k1 = dt * fun_to_integrate(t, y),
            k2 = dt * fun_to_integrate(t + dt / 2, y + k1 / 2),
            k3 = dt * fun_to_integrate(t + dt / 2, y + k2 / 2),
            k4 = dt * fun_to_integrate(t + dt, y + k3);
    return y + (k1 + 2 * k2 + 2 * k3 + k4) / 6;
}

__declspec(dllexport) void my_fun(struct data* pointer){
    int i;
    double dt;
    dt = pointer->dt;
    pointer->t[0] = pointer->t0;
    pointer->x[0] = pointer->x0;
    for(i = 1; i < pointer->nr_steps; i++){
        pointer->t[i] = dt*i + pointer->t0;
        pointer->x[i] = rk4(pointer->t[i-1], pointer->x[i-1], dt);
    }
 }

与相应的Python文件

# my_python.py
import ctypes
import numpy as np

class DATA(ctypes.Structure):
    _fields_ = [
                ('nr_steps', ctypes.c_int),
                ('dt', ctypes.c_double),
                ('t', ctypes.POINTER(ctypes.c_double)),
                ('x', ctypes.POINTER(ctypes.c_double)),
                ('t0', ctypes.c_double),
                ('x0', ctypes.c_double)]

    def __init__(self):
        self.nr_steps = 1000
        self.dt = 0.00001
        self.t0 = 0.
        self.x0 = 2./3
        self.t = (ctypes.c_double * self.nr_steps)()
        self.x = (ctypes.c_double * self.nr_steps)()

class SOLVER(object):
    def __init__(self):
        self.clib = ctypes.CDLL('rk4.dll')
        self.clib.my_fun.argtypes = [ctypes.POINTER(DATA)]
        self.clib.my_fun.restype = None

    def func(self, data_struc):
        self.clib.my_fun(ctypes.byref(data_struc))

solver = SOLVER()
data = DATA()
solver.func(data)

编译为gcc -o -c my_clib.o my_clib.c + gcc -o rk4.dll -shared my_clib.o在 Windows 8 上使用 MinGW。

一切都运行良好，在最后一行之后 solver.func()时间数据和解数据存储在data.t中和data.x 。现在我需要从指针访问计算的数据。看来不能直接做。如果你这样做type(data.x)你得到<class '__main__.LP_c_double'> ，但是如果您尝试访问 type(data.x[i])你得到一个标准double .

每次我尝试例如 plot(data.t, data.x)或将其转换到 np.array(data.t) ，Python 文件崩溃并且 cmd 卡住。然而我认为x_python = [data.x[i] for x i in range(*number_of_elements*)]可以，但是如果数组很长，速度会很慢。

我的问题是:访问 C 解算器中计算的数据的正确/最佳方式是什么？

此外，如果这不是将数组从 C 传递到 Python 的最佳方式，那么还有哪些其他替代方法适合此类应用程序？ IE。对于每个时间步长，或者可能在达到某个最终时间后，通过解决方案 (t, x) (元组或两个数组)从 C 到 Python？

Answer 1

要访问 int、long 等 ctypes 对象的值，请使用:

x = ctypes.c_int(123)
print x.value

因此，您可以迭代它们并创建数组。

此外，您可以将一个明确的 C 静态数组传递给 Python，而不是使用结构体，并使用 numpy 的 ctypes 支持来获取 numpy.ndarray，或使用 Python 的数组模块。

但是，我通过这个结构理解了你的观点。这些都是简单而干净的方法。