本文以windows环境下的.dll动态链接库为背景展开，有关linux下的.so动态链接库的相关用法会在另外一篇文章中展开讲解。

1. 背景知识

一直以来python都被称为胶水语言，能够轻易地操作其他程序，轻易地包装使用其他语言编写的库。下面简单介绍下如何使用python来调用C/C++编写的动态库。首先了解下动态链接库及C/C++动态库的区别。

1.1 动态链接库

使用VS2017创建动态链接库DllDemo,代码如下：

//整型相加

__declspec(dllexport) int addInt(int a, int b)

{

return a + b;

}

//浮点型相加

__declspec(dllexport) float addFloat(float a, float b)

{

return a + b;

}

//传递float指针类型参数

__declspec(dllexport) void changeFloat(float *a)

{

*a = 100.00;

}

//传递char指针类型参数，返回指针类型参数

__declspec(dllexport) char* pointCh(char *a)

{

return a;

}

使用dumpbin.exe工具，在cmd命令行使用

dumpbin.exe -exports DllDemo.dll

查看动态库的导出函数如下：

从上图可以看出动态库导出了4个函数，与上面代码中的导出函数一致。但是函数名长得很奇怪，这是因为在编译链接时，C++会按照自己的规则篡改函数的名称，这一过程称为"名字改编"，C++支持函数重载，就是在函数名字改编阶段记录下函数的相关参数信息。

C++标准并没有定义名字改编的标准，因此会导致不同编译器编译出来的动态库不能通用。

1.2 extern "C"作用

相比之下，C标准规定了名字改编的标准，extern "C"指示编译器在编译代码是按照C的标准进行编译。

在上述代码的每个函数名前都加上extern "C"关键字。

extern "C" __declspec(dllexport) int addInt(int a, int b)

{

return a + b;

}

extern "C" __declspec(dllexport) float addFloat(float a, float b)

{

return a + b;

}

extern "C" __declspec(dllexport) void changeFloat(float *a)

{

*a = 100.00;

}

extern "C" __declspec(dllexport) char* pointCh(char *a)

{

return a;

}

查看动态库的导出函数，可以看到导出的函数名和函数的定义是一致的。

如果extern "C"修饰的函数进行了重载，则会在编译时报错，因为C语言并不支持函数的重载。

1.3 动态链接库加载方式

1.3.1 隐式链接

隐式链接需要.dll .lib文件

#include

#include

using namespace std;

//隐式加载需要导入动态库的导入库

#pragma comment(lib, "../Debug/DllDemo.lib")

//dll中导出的函数通过直接声明或者包含头文件的方式

extern "C" _declspec(dllimport) int addInt(int a, int b);

extern "C" _declspec(dllimport) float addFloat(float a, float b);

int main()

{

//调用动态库中的函数

cout << addInt(1, 2) << endl;

cout << addFloat(1.25, 2.25) << endl;

}

通过vs自带的工具lib，通过命令lib /list XXXX.lib,可以查看一个.lib文件是静态库还是导入库

1.3.2 显式链接

显式链接需要.dll, 需要事先知道导出函数的签名,不需要.lib和.h文件

#include

#include

using namespace std;

//声明导出函数的类型

typedef int(*addInt)(int a, int b);

typedef float(*addFloat)(float a, float b);

int main()

{

HINSTANCE hDLL;

//定义导出函数

addInt addInt_;

addFloat addFloat_;

//加载动态库，开辟内存

hDLL = LoadLibrary("./DllDemo.dll");

if (hDLL != NULL)

{

//获取导出函数

addInt_ = (addInt)GetProcAddress(hDLL, "addInt");

if (addInt_)

{

cout << addInt_(1, 2) << endl;

}

addFloat_ = (addFloat)GetProcAddress(hDLL, "addFloat");

if (addFloat_)

{

cout << addFloat_(1.25, 2.25) << endl;

}

//卸载动态库，释放内存

FreeLibrary(hDLL);

}

return 0;

}

使用显式加载的好处：

通过显式加载动态库的方式可以根据需要加载相应的函数，随时可以卸载，通过判断句柄的方式，不会因为找不到dll导致程序无法启动。

如果程序需要访问十多个dll，采用动态加载的方式可以减少程序的启动时间，减小程序占用的内存

2. python操作动态库

python操作动态库是通过ctypes这个内建的包，官方文档ctypes。因为上述C++动态库“名字改编”的问题，导致直接使用C++代码中函数名字时无法调用，必须使用经过名字改编之后的函数名，在使用C++编译的动态链接库时，最好使用extern "C"来辅助，可以通过对C++动态库进行简单的封装转换为C动态库，这样可以在使用时直接调用动态库中定义的函数即可，不需要考虑函数“名字改编”的问题。

先上代码：

#--*--utf8--*--

from ctypes import *

# 加载动态库

Objdll = cdll.LoadLibrary('DllDemo.dll')

def dllTest():

# python调用动态库默认参数为整型

print(Objdll.addInt(10, 20))

# 直接调用addFloat接口

print(Objdll.addFloat(10, 2))

# 设置动态库函数的参数和返回值类型为float

Objdll.addFloat.restype = c_float

Objdll.addFloat.argtypes = (c_float, c_float)

print(Objdll.addFloat(10.0, 20.0))

# 设置动态库的参数类型float*

infloat = c_float(1.0)

Objdll.changeFloat.restype = None

Objdll.changeFloat.argtypes = (POINTER(c_float), )

Objdll.changeFloat(byref(infloat))

print(infloat.value)

# 设置动态库的参数类型为char*

pInCh = bytes('Hello World', 'utf-8')

Objdll.pointCh.restype = c_char_p

Objdll.pointCh.argtypes = (c_char_p, )

pOutCh = Objdll.pointCh(pInCh)

print(pOutCh.decode('utf-8'))

if __name__ == "__main__":

dllTest()

代码输出：

2.1 加载动态库

Objdll = cdll.LoadLibrary('DllDemo.dll')

2.2 指定函数命名

查看在上图中直接调用addFloat的代码输出

# 直接调用addFloat接口

print(Objdll.addFloat(10, 2))

发现输出的结果并不是预期的12.0而是一个特别大的数字，这是因为python在调用动态库的函数时，如果不进行指定，则默认的参数类型和返回值类型均为整型，且调用时不会像在C/C++中一样进行自动的类型转换。python在调用动态库中的函数时需要指定函数的参数类型和返回值类型。

通过Objdll._FuncPtr.restype来指定动态库函数的返回值类型，通过Objdll._FuncPtr.argtypes来指定动态库函数的参数类型，Objdll._FuncPtr.argtypes的类型为turple，包含动态库函数的参数类型列表，指定的参数类型必须为C/C++中参数类型所对应的ctypes类型。

2.3 参数类型

python类型和C语言类型的对应关系：

ctypes type

C type

python type

c_bool

_Bool

bool (1)

c_char

char

1-character bytes object

c_wchar

wchar_t

1-character string

c_byte

char

int

c_ubyte

unsigned char

int

c_short

short

int

c_ushort

unsigned short

int

c_int

int

int

c_uint

unsigned int

int

c_long

long

int

c_ulong

unsigned long

int

c_longlong

__int64 or long long

int

c_ulonglong

unsigned __int64 or unsigned long long

int

c_size_t

size_t

int

c_ssize_t

ssize_t or Py_ssize_t

int

c_float

float

float

c_double

double

float

c_longdouble

long double

float

c_char_p

char * (NUL terminated)

bytes object or None

c_wchar_p

wchar_t * (NUL terminated)

string or None

c_void_p

void *

int or None

2.3.1 值类型

对于参数类型和返回值类型都为值类型的动态库函数，操作相对简单，只需要指定对应的参数和返回值ctype类型即可进行调用。

2.3.2 指针类型

创建ctypes类型的指针需要借助三个相关的函数：

函数

说明

byref(x[,offset])

返回x的地址，相当于C的&x。可选参数offset表示偏移量

pointer(x)

创建并返回一个指向x的指针实例，x是一个实例对象

POINTER(x)

返回一个类型，这个类型是指向ctypes类型的指针类型

byref相当于C的取地址符号，在参数传递时可以通过byref传递函数的指针。pointer的POINTER的区别是，pointer返回的是一个实例，而POINTER返回的是一个类型。

动态库函数原型：

extern "C" __declspec(dllexport) void changeFloat(float *a)

{

*a = 100.00;

}

python中调用：

# 加载动态库

Objdll = cdll.LoadLibrary('DllDemo.dll')

# 定义函数参数

infloat = c_float(1.0)

# 指定函数返回值类型为void

Objdll.changeFloat.restype = None

# 指定函数的参数类型为float*

Objdll.changeFloat.argtypes = (POINTER(c_float), )

# 调用函数，通过byref函数将参数包装成float*类型

Objdll.changeFloat(byref(infloat))

# 打印结果

print(infloat.value)

2.3.3 引用类型

C语言中没有引用类型，如果动态库是由C++编写存在引用类型参数的函数，需要先用指针类型包装成C动态库。

2.3.4 结构体类型

动态库函数定义：

typedef struct _SimpleStruce

{

int nNo;

float fVirus;

char szBuffer[512];

}SimpleStruct, *PSimpleStruct;

extern "C" __declspec(dllexport) int PrintStruct(PSimpleStruct simp)

{

cout << "nNo: " << simp->nNo << ", fVirus: " << simp->fVirus << ", szBuffer: " << simp->szBuffer << endl;

return simp->nNo;

}

python中调用

# 定义class和动态库中的类型相对应，成员变量名必须一致

class SimpStruct(Structure):

_fields_ = [("nNo", c_int), ("fVirus", c_float), ("szBuffer", c_char*512)]

# 定义变量，并对各个成员变量名进行赋值

simpStruct = SimpStruct()

simpStruct.nNo = 16

simpStruct.fVirus = 3.14

simpStruct.szBuffer = bytes('Hello World','utf-8')

# 定义函数的参数和返回值

Objdll.PrintStruct.restype = c_int

Objdll.PrintStruct.argtypes = (POINTER(SimpStruct),)

# 调用动态库函数,传递结构体指针

resnNo = Objdll.PrintStruct(byref(simpStruct))

# 打印动态库函数返回值

print(resnNo)

python调用结果：

nNo: 16, fVirus: 3.14, szBuffer: Hello World

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3.总结

总结起来，在python中调用dll中方法的一般步骤为：

使用extern c关键字对dll进行包装。

使用ctypes库加载动态库。

根据C中类型和ctypes中类型的对应关系指定动态库函数的返回值类型和参数类型。

调用动态库中的函数。

对函数的返回结果进行转换成python中的类型进行使用。