python中使用 C 類型的數組以及ctypes 的用法

Python 在 ctypes 中爲咱們提供了相似C語言的數據類型，

它的用途（我理解的）多是：

（1） 與 其餘語言（如 C、Delphi 等）寫的動態鏈接庫DLL 進行交換數據，由於 python 的 數據與 DLL難以進行數據交換。

(2) python 的字符串一旦造成，是不可變的，爲了算法的須要，咱們有時須要對字符串進行原位操做 ( in place ),而不想浪費另外的內存空間。

(3) python 具備很簡明的語法，人們樂於使用。在解決實際問題時，字符串的處理佔據了很大的開發量。

     互聯網上有不少有用的算法能夠幫助咱們解決問題，若是咱們能用python 寫相似於 C 語言的程序，就不須要用其餘語去寫擴展了。

     有人會問，既然如此，用C語言，不就行了嗎？

      固然可做這種選擇，在用 python 的優點在於：既用使用了C語言的優勢，也使用了Python的最大優勢： 垃圾自動回收，代碼簡潔等。

    

1、 導入 C 類型 庫

from ctypes import *

2、 經常使用的C 類型

(1) c_int   、 c_long 、c_int32

      C 類型的long int ，這兩個類型徹底相同。

       python 用 int 與之相應 ， 但c_int的取值範圍是 32 bit 的整數 。

      佔用 4 字節內存

   (2) c_int64

      64 bit 整數，佔用 8 字節內存    ， python 用 int 與之相應

   (2) c_double 、c_float

      C 類型的 double , 這兩個名字（ c_double 、c_float 徹底相同 ）

      佔用 8 字節內存   

       python 用 float 與之相應

(3) c_byte

      C 類型 的 byte ,   python 用 int 與之相應

      佔用1字節內存

   (4) c_char

       C 的 8 bit 字符型   

(5) c_wchar

      C 的 unicode 字符

【注】

ctypes模塊 C類型                       Python類型                        ctypes 類型 char                        1-character/string                c_char wchar_t                     1-character/Unicode、string       c_wchar char                        int/long                          c_byte char                        int/long                          c_ubyte short                       int/long                          c_short unsigned short              int/long                          c_ushort int                         int/long                          C_int unsigned int                int/long                          c_uint long                        int/long                          c_long unsigned long               int/long                          c_ulong long long                   int/long                          c_longlong unsigned long long          int/long                          c_ulonglong float                       float                             c_float double                      float                             c_double char *(NULL terminated)     string or none                    c_char_p wchar_t *(NULL terminated) unicode or none                   c_wchar_p void *                      int/long or none                  c_void_p 當一個函數指望一個指針做爲參數時,能夠像這樣調用 function_main( byref(parameter) ). // struct例子 下面的例子是定義一個結構 C語言例子     struct beer_recipe     {     int amt_barley;     int amt_water;     };      Python例子 class beer_recipe(Structure):     _fields_ = [     ("amt_barley", c_int),     ("amt_water", c_int),     ]           Union結構例子 C語言例子     union {     long barley_long;     int barley_int;     char barley_char[8];     }barley_amount; Python例子 class barley_amount(Union):     _fields_ = [     ("barley_long", c_long),     ("barley_int", c_int),     ("barley_char", c_char * 8),     ]

 

3、    生成相似C的數組

目的：初值化一個具備 10 個元素 的數組,每一個元素初值爲0的

   

(一） python 原生數組 list

>>> a = [ 0 ] * 10
>>> for i in range(0, len(a)):
          print( a[i], end=" ")

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
>>>

（二） 生成 10 元素的 c_int 類型的數組：

 

 

格式一：

 

>>> from ctypes import *
>>> a = ( c_int * 10) ()
>>> for i in range(0, len(a)):
        print( a[i], end=" ")

 

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
>>>

 

格式二：

 

>>> from ctypes import *
>>> M = 10
>>> a = ( c_int * M ) ()
>>> for i in range(0, len(a)):
    print( a[i], end=" ")

 

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

 

格式三：

 

>>> from ctypes import *
>>> myArr10 = c_int * 10
>>> a = myArr10( )
>>> for i in range(0, len(a)):
     print( a[i], end=" ")

 

     
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

 

 

 

c_double 的數組定義與上面類似。

 

 

 

4、如何使用 C 類型的數組 ?

 

例 1 ， 對整數數組倒序的程序

 

#coding=gbk
from ctypes import *
# 定義 具備10個 c_int 元素的數組
# 編寫一維數組的 倒序的程序
# 說明 ： 本算法參照 網上基於指針的算法改寫而成。
def outPut( A ):
    for i in range(0,N):
          print( A[i], end=" ")
    print ( "\n")
    
def arrReverse( A ， N):
    i = 0 ; j = N-1
    while i<j:
        A[i], A[j] = A[j], A[i]
        # 至關於 T =A[i]; A[i]=A[j]; A[j]=T
        i = i+1; j=j-1
    
#測試程序
N = 10
a = (c_int * N )()
for i in range(0,N):
    a[i] = i;
print ( "原數組：")    
outPut( a )
arrReverse( a ，len(a) )
print ("倒序數組：")
outPut( a )

 

--- 結果 ---

 

原數組：
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

 

倒序數組：
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

 

 

 

 

 

 

 

例2 求倒序字符串

#coding=gbk
from ctypes import *
# 編寫求字符串的倒序字符串 
def arrReverse( A , N ):
    i = 0 ; j = N-1
    while i<j:
        A[i], A[j] = A[j], A[i]
        # 至關於 T =A[i]; A[i]=A[j]; A[j]=T
        i = i+1; j=j-1
    
#測試程序
        
a = create_unicode_buffer( "張三買了一頭小毛驢,花了1024.05元錢。")

print ( "原字符：")    
print ( a.value )
arrReverse( a , len( a ) -1 )
print ("倒序字符串：")
print ( a.value )

-- 結果 --

原字符：
張三買了一頭小毛驢,花了1024.05元錢。
倒序字符串：
。錢元50.4201了花,驢毛小頭一了買三張

解說

(1) create_unicode_buffer（ python的字符串 ）

    是建立一個 c_wchar 的數組，其長度是 字符串的長度 +1 , 由於 C 的字符串是以 NULL 結尾的因此要多出一個元素才行。

   c_wchar 是 unicode 字符。

(2)   若是您想建立一個能夠裝行下 100 個 unicode 字符 的空的C_wchar 數組：

   ar = create_unicode_buffer（ 100+1 ）

此時, ar 具備 101 個元素，但只能裝 100個字符。

因爲 ar 是一個真正的數組，咱們能夠對它的每一個元素（字符）進行修改。

從 ar 中取出 python 的字符串：

 

      s = ar.value

      s 中存放的是 ar 中保存的 unicode 字符相應的字符串

向 ar 中存於字符串

     ar.value = "要存入的字符串"

但要注意：

    您向 ar 中存入的字符串的字符個數必須小於等於 len(ar) -1

(3) 若是您知道 ar 中第 i 個元素的 字符編碼，請使用 ord( ar[i] ) .

(4) 若是您想使 ar 的第 i 個元素 變爲 "好" 這個字符，有兩種方法：

    ar[i] = "好"

    或者

    ar[i] = chr(22909)

    由於 , "好" 的 uncode 編碼是 22909。

小結：

（1） 從這個程序咱們看到 對整數數組及 unicode 字符數組 的倒序，咱們用的是相同的arrReverse 函數。

（2） 調用 arrReverse

函數時，傳遞元素個數 N 時，若是是 c_wchar ( unicode ) 字符數組時， 如記住最後一個元素是 NULL 這個問題。

( 3 ) 您會發現，咱們這裏編的程序很像 C 語言的指針，只不過，咱們不須要手工釋放動態申請的數組。

( 4 ) 可是您的算法中若用了大量的動態數組，等不及垃圾自動回收，而急於想釋放數組佔用的空間時，請使用 del ( ar )便可。

( 5) 最後一點：

     C 語言關於字符串的操做，常 使用指針的移動, 咱們在 python 中移動的是數組的下標，這是做程序移植時經常使用的方法。

5、 C類型的數組 與 python 的 list 用法上有什麼區別和聯繫呢？

1 C 類型的數組的長度是不可變 的。

2 C 類型數組的元素是可變的，便可以讀寫的

3 C 類型數組的元素是有類型的，即： 它的每一個元素的類型是相同的, 而 python 的 list 的元素能夠是相同類型，也能夠是不一樣類型 。

4 C 類型數組除了不能用 形如 ar[ 3:5 ] = [] 格式的語句來刪除某個子數組

5 C 類型數組的切片：

   如 x = ar[3:5]

   此時 x 是一個全新的 數組，它是原數組的徹底拷貝, 此時 x 有兩個元素：

   x[0] 中存的是 ar[3]的值

   x[1] 中存的是 ar[4]的值   

    此後，改變 x[0] 時， ar[3] 不會改變; 改變 ar[3] 的值，也不會改變 x[0] 的值。