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Python 中传递给 C 库函数的指针截断：原因与解决方法解析

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Python 中传递给 C 库函数的指针截断：问题与解决方法

导言

在 Python 代码中与 C 共享库进行交互时，传递指针时截断为 32 位的问题是一个常见且令人沮丧的障碍。本文将探讨导致此问题的根本原因，并提供一个逐步的解决方案。

问题：指针截断

问题源于 Python 的指针处理方式。在 64 位系统上，指针通常是 64 位的。但是，在将指针传递给 C 函数时，Python 将其截断为 32 位。这会导致错误的地址访问，从而导致段错误或意外行为。

解决方案：指定正确的类型

解决此问题的关键在于正确指定传递给 C 函数的指针类型。在 Python 中，可以使用 ctypes 模块来实现此目的。以下步骤提供了如何正确指定指针类型的分步指南：

  1. 导入 ctypes 模块。
  2. 使用 CDLL 加载 C 共享库。
  3. 获取 C 函数的引用。
  4. 使用 argtypes 属性指定 C 函数参数的类型。
  5. 使用 restype 属性指定 C 函数的返回类型（如果需要）。

通过指定正确的类型，Python 将不再截断指针，而是将 64 位指针传递给 C 函数。

示例

以下是一个演示如何解决此问题的示例代码：

import ctypes

# 加载 C 共享库
ptr_test = ctypes.CDLL('./libptr_test.so')

# 获取 C 函数的引用
ptr_test_func = ptr_test.ptr_test

# 指定参数类型（指针类型）
ptr_test_func.argtypes = [ctypes.POINTER(ctypes.c_uint32)]

# 指定返回类型（无返回值）
ptr_test_func.restype = None

# 创建一个 32 位整数的 NumPy 数组
tbuf1 = np.empty((1, 1), dtype=ctypes.c_uint32)

# 传递指针给 C 函数
ptr_test_func(tbuf1[0].ctypes.data_as(ctypes.POINTER(ctypes.c_uint32)))

通过使用 ctypes.POINTER 正确指定指针类型，该示例代码解决了指针截断问题，并允许 Python 与 C 共享库成功交互。

常见问题解答

1. 为什么指针在 Python 中被截断？

Python 在将指针传递给 C 函数时将指针截断为 32 位，这是由于 Python 和 C 数据类型的内部表示之间的差异。

2. 如何避免指针截断？

通过使用 ctypes 模块并明确指定指针类型，可以避免指针截断。

3. argtypes 和 restype 属性有什么作用？

argtypes 属性指定 C 函数的参数类型，而 restype 属性指定 C 函数的返回类型。

4. 我应该何时使用 ctypes 模块？

ctypes 模块用于在 Python 和 C 代码之间进行交互，尤其是在需要处理指针或其他底层数据类型时。

5. 除了指针截断之外，我还能使用 ctypes 做什么？

ctypes 模块还允许您调用 C 函数，访问 C 结构和枚举，以及分配和释放内存。