Python CFFI介绍与用法|极客教程

Python CFFI介绍与用法

1. 什么是Python CFFI？

Python CFFI（C Foreign Function Interface）是一个用于Python的C语言外部函数接口，可以在Python中直接调用C函数。通过使用CFFI，我们可以轻松地将C代码集成到Python项目中，同时还可以获取C函数的返回值，处理C指针以及其他底层操作。

CFFI提供了两种使用模式：ABI模式和API模式。在ABI模式下，C函数直接映射为Python函数，而在API模式下，我们需要定义C函数的接口，然后通过Python调用。

CFFI的优点是简单易用、与C语言高度兼容，并且能够跨平台工作。

2. 安装CFFI

要使用Python CFFI，首先需要安装它。可以通过以下命令使用pip安装CFFI：

pip install cffi

3. CFFI的基本用法

3.1 ABI模式

在ABI模式下，我们可以直接调用C函数，而无需定义C函数的接口。以下是一个简单的示例：

from cffi import FFI

ffi = FFI()

# 定义C函数的签名
ffi.cdef("""
    int add(int a, int b);
""")

# 加载动态库
lib = ffi.dlopen("libexample.so")

# 调用C函数
result = lib.add(3, 4)
print(result)  # 输出 7

上述代码首先定义了C函数的签名，然后使用dlopen方法加载动态库，并通过lib.add调用C函数。

3.2 API模式

在API模式下，我们需要手动定义C函数的接口，然后通过Python调用。以下是一个示例：

from cffi import FFI

ffi = FFI()

# 定义C函数的接口
ffi.cdef("""
    int add(int a, int b);
""")

# 创建C模块
C = ffi.verify("""
    int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
""")

# 调用C函数
result = C.add(3, 4)
print(result)  # 输出 7

上述代码首先定义了C函数的接口，然后通过verify方法创建C模块。在C模块中，我们需要实现C函数的功能，然后通过C.add调用C函数。

4. CFFI示例

4.1 使用CFFI调用动态库

下面是一个使用CFFI调用动态库的示例：

from cffi import FFI

ffi = FFI()

# 定义C函数的签名
ffi.cdef("""
    int max(int a, int b);
""")

# 加载动态库
lib = ffi.dlopen("libexample.so")

# 调用C函数
result = lib.max(3, 4)
print(result)  # 输出 4

在该示例中，我们定义了C函数max的签名，并使用dlopen方法加载动态库。然后通过lib.max调用C函数。

4.2 使用CFFI与C代码交互

下面是一个使用CFFI与C代码交互的示例：

from cffi import FFI

ffi = FFI()

# 定义C函数的接口
ffi.cdef("""
    int multiply(int a, int b);
""")

# 创建C模块
C = ffi.verify("""
    int multiply(int a, int b) {
        return a * b;
    }
""")

# 调用C函数
result = C.multiply(3, 4)
print(result)  # 输出 12

在该示例中，我们定义了C函数multiply的接口，并使用verify方法创建C模块。在C模块中，我们实现了C函数的功能，然后通过C.multiply调用C函数。

4.3 使用CFFI处理C指针

CFFI也可以用于处理C指针。以下是一个示例：

from cffi import FFI

ffi = FFI()

# 定义C函数的接口
ffi.cdef("""
    int sum(int* array, int size);
""")

# 创建C模块
C = ffi.verify("""
    int sum(int* array, int size) {
        int result = 0;
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            result += array[i];
        }
        return result;
    }
""")

# 创建C指针
array = ffi.new("int[]", [1, 2, 3, 4, 5])

# 调用C函数
result = C.sum(array, 5)
print(result)  # 输出 15

在该示例中，我们定义了C函数sum的接口，并使用verify方法创建C模块。在C模块中，我们实现了C函数的功能，然后通过C.sum调用C函数。通过ffi.new方法创建C指针，并传递给C函数。

4.4 使用CFFI处理结构体

CFFI还可以用于处理C结构体。以下是一个示例：

from cffi import FFI

ffi = FFI()

# 定义C结构体
ffi.cdef("""
    typedef struct {
        int x;
        int y;
    } Point;

    Point add(Point a, Point b);
""")

# 创建C模块
C = ffi.verify("""
    typedef struct {
        int x;
        int y;
    } Point;

    Point add(Point a, Point b) {
        Point result;
        result.x = a.x + b.x;
        result.y = a.y + b.y;
        return result;
    }
""")

# 创建C结构体
a = ffi.new("Point", [1, 2])
b = ffi.new("Point", [3, 4])

# 调用C函数
result = C.add(a, b)
print(result.x, result.y)  # 输出 4 6

在该示例中，我们定义了一个C结构体Point，并在C函数中使用它。然后通过ffi.new方法创建C结构体，并传递给C函数。

5. 总结

本文介绍了Python CFFI的基本用法，包括ABI模式和API模式。我们学习了如何使用CFFI调用动态库、与C代码交互、处理C指针以及处理C结构体。CFFI能够帮助我们将C代码集成到Python项目中，并且能够与C语言高度兼容，具有较好的跨平台性能。通过掌握CFFI的用法，我们可以更好地利用Python与C语言进行混合编程，在需要底层操作的项目中发挥更大的作用。