python调用C/C++动态库

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 <iostream>
#include <Windows.h>
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 <iostream>
#include <Windows.h>
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 c