如何在Python中调用C语言编写的Linux程序？

在Linux环境下，Python调用C语言代码是一个常见的需求，特别是在需要高性能计算或者直接操作硬件的情况下，本文将详细介绍如何在Linux系统下实现Python调用C语言代码的几种方法，包括使用ctypes库、CFFI（C Foreign Function Interface）以及通过编译成共享库的方式。

使用ctypes库

ctypes是Python内置的一个库，用于提供与C语言兼容的数据类型，并允许调用动态链接库（DLL）或共享对象（.so文件），以下是一个简单的示例，展示如何使用ctypes调用C语言编写的函数。

C代码（hello.c）

#include <stdio.h>
void hello(const char* name) {
    printf("Hello, %s!
", name);
}

Python代码（test_ctypes.py）

import ctypes
加载共享库
lib = ctypes.CDLL('./hello.so')
设置函数参数类型
lib.hello.argtypes = [ctypes.c_char_p]
调用函数
lib.hello(b"World")

编译C代码为共享库

gcc -shared -o hello.so -fPIC hello.c

使用CFFI

CFFI（C Foreign Function Interface）是另一个用于在Python中调用C代码的库，它提供了一种更加灵活和高级的方式来处理C数据类型和函数调用。

C代码（cffi_example.c）

#include <stdio.h>
void greet(const char* name) {
    printf("Hello, %s!
", name);
}

Python代码（test_cffi.py）

from cffi import FFI
ffi = FFI()
定义C函数原型
ffi.cdef("""
    void greet(const char* name);
""")
加载共享库
C = ffi.dlopen("./cffi_example.so")
调用函数
C.greet("World")

编译C代码为共享库

gcc -shared -o cffi_example.so -fPIC cffi_example.c

通过编译成共享库的方式

这种方法涉及到编写一个C扩展模块，并将其编译为Python可导入的共享库，这种方法适用于更复杂的项目，因为它允许你在Python中使用C语言的所有功能。

C代码（module.c）

#include <Python.h>
static PyObject* py_hello(PyObject* self, PyObject* args) {
    const char* name;
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "s", &name)) {
        return NULL;
    }
    printf("Hello, %s!
", name);
    Py_RETURN_NONE;
}
static PyMethodDef HelloMethods[] = {
    {"hello", py_hello, METH_VARARGS, "Greet someone"},
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};
static struct PyModuleDef hellomodule = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT,
    "hello",
    NULL,
    -1,
    HelloMethods
};
PyMODINIT_FUNC PyInit_hello(void) {
    return PyModule_Create(&hellomodule);
}

setup.py

from distutils.core import setup, Extension
module = Extension('hello', sources = ['module.c'])
setup(name='PackageName',
      version='1.0',
      description='This is a demo package',
      ext_modules=[module])

Python代码（test_extension.py）

import hello
hello.hello("World")

编译C扩展模块

python setup.py build_ext --inplace

FAQs

Q1: 如何在Python中调用C语言编写的函数？

A1: 在Python中调用C语言编写的函数有几种方法，包括使用ctypes库、CFFI（C Foreign Function Interface）以及通过编译成共享库的方式，具体选择哪种方法取决于项目的需求和复杂性，对于简单的函数调用，可以使用ctypes或CFFI；对于更复杂的项目，可以考虑编写C扩展模块。

Q2: 如何在Linux下编译C语言代码为共享库？

A2: 在Linux下编译C语言代码为共享库，可以使用gcc编译器的-shared选项，要编译hello.c为共享库hello.so，可以使用以下命令：gcc -shared -o hello.so -fPIC hello.c，这里-fPIC选项表示生成与位置无关的代码，这对于共享库是必要的。