使用 Python 与 C 交换数组
在开发过程中，很多时候我们需要将 Python 的功能与 C 语言的高性能结合起来。今天，我们将会讨论如何在 Python 中调用 C 代码，实现数组的传递。这个过程虽然听起来复杂，但只要遵循一定的步骤，就可以轻松实现。
流程概述
为了实现 Python 调用 C 代码传递数组的功能，我们将遵循以下几个主要步骤：
| 步骤 | 描述 |
|---|---|
| 1 | 编写 C 代码，定义数组并进行相关处理 |
| 2 | 编译 C 代码为共享库 |
| 3 | 在 Python 中使用 ctypes 或 cffi 模块调用 C 代码 |
| 4 | 运行 Python 代码，验证数组传递是否成功 |
具体步骤详解
1. 编写 C 代码
我们首先创建一个简单的 C 代码文件 array_processor.c，用于接收一个数组并对其进行简单的处理，比如求和。
// array_processor.c
#include <stdio.h>
// 函数：计算数组的和
double sum_array(double *arr, int size) {
double sum = 0.0; // 初始化和
for (int i = 0; i < size; i++) {
sum += arr[i]; // 累加每个元素
}
return sum; // 返回和
}
2. 编译 C 代码为共享库
在终端中，我们使用以下命令编译 C 代码，将其生成共享库（.so 文件，Linux 上）：
gcc -shared -o array_processor.so -fPIC array_processor.c
这个命令的作用是编译 array_processor.c 文件，并生成名为 array_processor.so 的共享库文件。
3. 在 Python 中调用 C 代码
接下来，我们创建一个 Python 脚本 main.py，通过 ctypes 模块调用 C 编写的函数。
# main.py
import ctypes
# 加载 C 共享库
lib = ctypes.CDLL('./array_processor.so') # 注意路径
# 准备要传递的数组
arr = [1.0, 2.0, 3.0]
size = len(arr)
# 将数组转换为 ctypes 类型
arr_type = ctypes.c_double * size # 定义一个数组类型
ctypes_array = arr_type(*arr) # 创建 ctypes 数组
# 调用 C 函数
lib.sum_array.argtypes = (ctypes.POINTER(ctypes.c_double), ctypes.c_int) # 设置参数类型
lib.sum_array.restype = ctypes.c_double # 设置返回类型
result = lib.sum_array(ctypes_array, size) # 调用 C 函数
print(f"数组的和是: {result}")
运行你的代码
确保 array_processor.so 和 main.py 在同一个目录下，运行 Python 脚本，验证结果是否正确：
python main.py
如果一切正常，你应该看到输出：
数组的和是: 6.0
旅行图与甘特图
为了帮助理解整个过程，我们可以用旅行图和甘特图对步骤进行可视化。
journey
title Python 调用 C 代码传数组的流程
section 编写代码
编写 C 代码 : 5: 小白
编写 Python 调用代码 : 5: 小白
section 编译与运行
编译 C 代码 : 4: 小白
运行 Python 代码 : 5: 小白
gantt
title C 与 Python 交互流程
dateFormat YYYY-MM-DD
section 编写代码
C 代码编写 :a1, 2023-10-01, 1d
Python 代码编写 :after a1 , 1d
section 编译与运行
C 代码编译 :2023-10-03 , 1d
Python 代码运行 :after a2 , 1d
结尾
通过上述步骤，你已经学习了如何在 Python 中通过 ctypes 调用 C 代码，并成功地传递数组。这个知识点不仅能提高你的程序性能，也为你在跨语言编程中打下基础。希望你能继续探索 Python 与 C 之间的更多可能性，成为一名出色的开发者！
