Python使用ctypes實(shí)現(xiàn)與C++互相調(diào)用的實(shí)踐教程

更新時(shí)間：2026年02月04日 08:37:29 作者：愛(ài)吃芒果的蘑菇

這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了Python如何使用ctypes實(shí)現(xiàn)與C++互相調(diào)用,文中的示例代碼講解詳細(xì),感興趣的小伙伴可以跟隨小編一起學(xué)習(xí)一下

背景

小H上次使用了pybind11來(lái)調(diào)用C++的方法，這次同樣是在項(xiàng)目中遇到了需要在py層調(diào)用C++方法的情況，現(xiàn)在對(duì)于性能的需求更加敏感，所以需要使用C++的底層方法來(lái)獲得結(jié)果（當(dāng)然也可能只是因?yàn)镃++有這個(gè)方法，直接拿來(lái)用比較方便），選擇ctypes應(yīng)該也是因?yàn)檫@個(gè)比較方便吧。

示例

在C++側(cè)，我們需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)，然后導(dǎo)出一個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)方法，這里樓主從py層傳入了一個(gè)回調(diào)函數(shù)，返回了對(duì)應(yīng)的字符結(jié)果。

在py側(cè)，首先需要使用ctypes.CDLL加載剛才編譯出的動(dòng)態(tài)庫(kù)，聲明對(duì)應(yīng)的方法，之后實(shí)現(xiàn)一個(gè)回調(diào)函數(shù)進(jìn)行傳入。

C++動(dòng)態(tài)庫(kù)實(shí)現(xiàn)

#include <iostream>
#include <string>

// 回調(diào)類(lèi)型：void callback(int, const char*)
using CallbackType = void(*)(int, const char*);

extern "C" {

// 導(dǎo)出函數(shù)：循環(huán)調(diào)用回調(diào)
void run_with_callback(CallbackType cb, int count) {
    if (!cb) {
        std::cerr << "[C++] callback is null" << std::endl;
        return;
    }

    std::cout << "[C++] run_with_callback start, count = " << count << std::endl;

    for (int i = 0; i < count; ++i) {
        std::cout << "[C++] before calling callback, i = " << i << std::endl;

        std::string message = "msg from C++ index = " + std::to_string(i);
        cb(i, message.c_str());  // 回調(diào)到 Python

        std::cout << "[C++] after calling callback, i = " << i << std::endl;
    }

    std::cout << "[C++] run_with_callback end" << std::endl;
}

} // extern "C"

ps：C++ 默認(rèn)會(huì)對(duì)函數(shù)名做 name mangling（名字改編），導(dǎo)致動(dòng)態(tài)庫(kù)中的符號(hào)名變復(fù)雜；ctypes按 C ABI 去找函數(shù)名，如果不顯式用 extern "C"，Python 側(cè)很難直接按名字找到

用CMake編譯成動(dòng)態(tài)庫(kù)

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(pyc_callback_demo LANGUAGES CXX)

add_library(mycallback SHARED callback_lib.cpp)

set_target_properties(mycallback PROPERTIES
    OUTPUT_NAME "mycallback"
    CXX_STANDARD 17
    CXX_STANDARD_REQUIRED YES
)

構(gòu)建

mkdir -p build
cd build
cmake ..
cmake --build .

這樣就得到了一個(gè).so文件，供py側(cè)加載。

python加載動(dòng)態(tài)庫(kù)并調(diào)用

用 @CALLBACK_CTYPE 裝飾 Python 函數(shù)，ctypes 會(huì)把它包裝成 C 函數(shù)指針。
字符串參數(shù)在 Python 中收到的是 bytes，需要手動(dòng)解碼

import ctypes
import pathlib
import os

# 當(dāng)前文件所在目錄
BASE_DIR = pathlib.Path(__file__).resolve().parent

LIB_PATH = BASE_DIR / "cpp_lib" / "build" / "libmycallback.so"

if not LIB_PATH.exists():
    raise FileNotFoundError(f"找不到動(dòng)態(tài)庫(kù): {LIB_PATH}. 請(qǐng)先在 cpp_lib 目錄下用 CMake 編譯生成 libmycallback.so")

# 加載動(dòng)態(tài)庫(kù)
lib = ctypes.CDLL(str(LIB_PATH))

# 定義 C 端回調(diào)類(lèi)型
# 第二個(gè)參數(shù)用 ctypes.c_char_p（C 端是 const char*）
CALLBACK_CTYPE = ctypes.CFUNCTYPE(None, ctypes.c_int, ctypes.c_char_p)

# 聲明 C 函數(shù)的簽名：void run_with_callback(CallbackType cb, int count)
lib.run_with_callback.argtypes = [CALLBACK_CTYPE, ctypes.c_int]
lib.run_with_callback.restype = None


# Python 側(cè)的回調(diào)實(shí)現(xiàn)
@CALLBACK_CTYPE
def py_callback(i: int, msg: bytes) -> None:
    # msg 是 bytes，需要按合適編碼解碼，這里假設(shè) UTF-8
    text = msg.decode("utf-8") if msg is not None else "<NULL>"
    print(f"[Python] in callback, i = {i}, msg = {text}")


def main() -> None:
    print("[Python] before calling C function")

    # 調(diào)用 C++ 庫(kù)函數(shù)，并把 Python 回調(diào)傳進(jìn)去
    lib.run_with_callback(py_callback, 3)

    print("[Python] after calling C function")


if __name__ == "__main__":
    main()

ctypes與pybind11區(qū)別

ctypes：純 Python 側(cè)綁定

不需要在 C++ 里寫(xiě)任何“綁定代碼”，只要提供 C ABI 的動(dòng)態(tài)庫(kù)。

Python 側(cè)通過(guò) ctypes.CDLL、CFUNCTYPE 等描述函數(shù)簽名。

只要函數(shù)滿(mǎn)足“C 風(fēng)格接口”（例如 extern "C" + 基本類(lèi)型/指針），不在意具體是由 C 還是 C++ 實(shí)現(xiàn)。

非常適合：

已經(jīng)有現(xiàn)成 C 庫(kù) / C 接口的 C++ 庫(kù)
簡(jiǎn)單函數(shù)調(diào)用、回調(diào)、不復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

pybind11：在 C++ 側(cè)寫(xiě)綁定，生成 Python 模塊

是一個(gè)頭文件庫(kù)，寫(xiě)法大致像如之前提供的示例一致

編譯后得到的是一個(gè) Python 擴(kuò)展模塊（.so），import mymodule 就像普通 Python 包一樣使用。

可以非常自然地暴露：

C++ 類(lèi)、方法、構(gòu)造函數(shù)
STL 容器（std::vector, std::map 等）
智能指針、異常、枚舉等

對(duì)復(fù)雜 C++ API 的封裝能力遠(yuǎn)強(qiáng)于 ctypes。

結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)這兩次學(xué)習(xí)，讓小H更加能夠體會(huì)到在代碼的世界中，語(yǔ)言并不是孤立的，弱化了對(duì)語(yǔ)言的重視程度，學(xué)習(xí)編程更應(yīng)該將編程語(yǔ)言看作一種工具，什么時(shí)候什么情況該換就換，大家各自完成各自擅長(zhǎng)的部分，更有利于找到性能與效率的均衡點(diǎn)。

到此這篇關(guān)于Python使用ctypes實(shí)現(xiàn)與C++互相調(diào)用的實(shí)踐教程的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python與C++互調(diào)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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