利用 ctypes 模块整合 Python 程序和 C 程序
ctypes 模块
ctypes 是 Python 的一个标准模块，它包含在 Python2.3 及以上的版本里。ctypes 是一个 Python 的高级外部函数接口，它使得 Python 程序可以调用 C 语言编译的静态链接库和动态链接库。运用 ctypes 模块，能够在 Python 源程序中创建，访问和操作简单的或复杂的 C 语言数据类型。最为重要的是 ctypes 模块能够在多个平台上工作，包括 Windows，Windows CE，Mac OS X，Linux，Solaris，FreeBSD，OpenBSD。
接下来通过几个简单的例子来看一下 ctypes 模块如何整合 Python 程序和 C 程序。
源代码层面上的整合
利用 Python 本身提供的 ctypes 模块可以使 Python 语言和 C 语言在源代码层面上进行整合。本节介绍了如何通过使用 ctypes 库，在 Python 程序中可以定义类似 C 语言的变量。
下表列出了 ctypes 变量类型，C 语言变量类型和 Python 语言变量类型之间的关系：
表 1. ctypes，c 语言和 Python 语言变量类型关系

表1

>>> from ctypes import * # 导入 ctypes 库中所有模块
>>> i = c_int(45) # 定义一个 int 型变量，值为 45 
>>> i.value # 打印变量的值 45 
>>> i.value = 56 # 改变该变量的值为 56 
>>> i.value # 打印变量的新值 56

从下面的例子可以更明显地看出 ctypes 里的变量类型和 C 语言变量类型的相似性：
清单 2. ctypes 使用 C 语言变量

>>> p = create_string_buffer(10) # 定义一个可变字符串变量，长度为 10 
>>> p.raw # 初始值是全 0，即 C 语言中的字符串结束符’ \0 ’'\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00' 
>>> p.value = "Student" # 字符串赋值 
>>> p.raw # 后三个字符仍是’ \0 ’'Student\x00\x00\x00' 
>>> p.value = "Big" # 再次赋值 
>>> p.raw # 只有前三个字符被修改，第四个字符被修改为’ \0 ’'Big\x00ent\x00\x00\x00'

下面例子说明了指针操作：
清单 3. ctypes 使用 C 语言指针

>>> i = c_int(999) # 定义 int 类型变量 i，值为 999 
>>> pi = pointer(i) # 定义指针，指向变量 i 
>>> pi.contents # 打印指针所指的内容 c_long(999) 
>>> pi.contents = c_long(1000) # 通过指针改变变量 i 的值 
>>> pi.contents # 打印指针所指的内容 c_long(1000)

下面例子说明了结构和数组的操作：
清单 4. ctypes 使用 C 语言数组和结构体

>>> class POINT(Structure): # 定义一个结构，内含两个成员变量 x，y，均为 int 型 ... _fields_ = [("x", c_int), ... ("y", c_int)] ... 
>>> point = POINT(2,5)   # 定义一个 POINT 类型的变量，初始值为 x=2, y=5 
>>> print point.x, point.y # 打印变量 2 5 
>>> point = POINT(y=5)   # 重新定义一个 POINT 类型变量，x 取默认值 
>>> print point.x, point.y # 打印变量 0 5 
>>> POINT_ARRAY = POINT * 3 # 定义 POINT_ARRAY 为 POINT 的数组类型 # 定义一个 POINT 数组，内含三个 POINT 变量 
>>> pa = POINT_ARRAY(POINT(7, 7), POINT(8, 8), POINT(9, 9))     
>>> for p in pa: print p.x, p.y # 打印 POINT 数组中每个成员的值 ... 7 7 8 8 9 9

Python 访问 C 语言 dll
通过 ctypes 模块，Python 程序可以访问 C 语言编译的 dll，本节通过一个简单的例子，Python 程序 helloworld.py 中调用 some.dll 中的 helloworld 函数，来介绍 Python 程序如何调用 windows 平台上的 dll。
导入动态链接库清单 ctypes 导入 dll
from ctypes import windll # 首先导入 ctypes 模块的 windll 子模块 somelibc = windll.LoadLibrary(some.dll) # 使用 windll 模块的 LoadLibrary 导入动态链接库
访问动态链接库中的函数清单 ctypes 使用 dll 中的函数
somelibc. helloworld() # 这样就可以得到 some.dll 的 helloworld 的返回值。

整个 helloworld.py 是这样的：
清单 7. Python helloworld 代码

from ctypes import windll def callc(): # load the some.dll 
somelibc = windll.LoadLibrary(some.dll) 
print somelibc. helloworld() 
if __name__== “__main__”: callc()

在命令行运行 helloworld.py，在 console 上可以看到 some.dll 中 helloworld 的输出。
清单 8. Python hellpworld Windows command console 运行输出
C:>python C:\python\test\helloworld.py Hello World! Just a simple test.
Python 调用 C 语言 so
通过 ctypes 模块，Python 程序也可以访问 C 语言编译的 so 文件。与 Python 调用 C 的 dll 的方法基本相同，本节通过一个简单的例子，Python 程序 helloworld.py 中调用 some.so 中的 helloworld 函数，来介绍 Python 程序如何调用 linux 平台上的 so。
导入动态链接库清单 ctypes 导入 so
from ctypes import cdll # 首先导入 ctypes 模块的 cdll 子模块，注意 linux 平台上使用 cdll 的，而不是 windll。

somelibc = cdll.LoadLibrary(“./some.so”) # 使用 cdll 模块的 LoadLibrary 导入动态链接库

访问动态链接库中的函数清单 ctypes 使用 so 中的函数

somelibc. helloworld() # 使用方法与 windows 平台上是一样的。

整个 helloworld.py 是这样的：
清单 11. Python helloworld 代码

from ctypes import cdll def callc(): # load the some.so 
somelibc = cdll.LoadLibrary(some.so) print somelibc. helloworld() 
if __name__== “__main__”: callc()

在命令行运行 helloworld.py，在 linux 标准输出上可以看到 some.so 中 helloworld 的输出。
清单 12. Python hellpworld Linux shell 运行输出

[root@linux-790t] python ./helloworld.py Hello World! Just a simple test.

Python 程序和 C 程序整合实例
以下我们举例用 Python 来实现一个小工具，用来实现 hash 算法，查看文件的校验和（MD5,CRC,SHA1 等等）。通过查看文件的校验和，可以知道文件在传输过程中是否被破坏或篡改。
Hash，一般翻译做“散列”，也有直接音译为"哈希"的，就是把任意长度的输入（又叫做预映射，pre-image），通过散列算法，变换成固定长度的输出，该输出就是散列值。这种转换是一种压缩映射，也就是，散列值的空间通常远小于输入的空间，不同的输入可能会散列成相同的输出，而不可能从散列值来唯一的确定输入值。简单的说就是一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数。
由于相对 C 语言来说，Python 的运行效率较低，因此我们的 Python 小工具利用一个已有的 C 语言的动态链接库 (hashtcalc.dll) 来实现我们的程序。本例中，我们运用 wxPython 编写简单的 GUI 界面，通过 python 调用 hashtcalc.dll 的接口计算文件的校验和，然后输出在界面上。
架构图
图 1. 工具的架构图

图 1. 工具的架构图

from ctypes import windll 
from ctypes import * 
class HashcalcAdapter(object): 
  def __init__(self, dllpath): 
    self._dllpath = dllpath self._libc = windll.LoadLibrary(self._dllpath)
  def calc_CRC32(self, filename):
    new_filename = c_char_p(filename) 
    return self._libc.calc_CRC32(new_filename) def calc_MD5(self, filename): 
    new_filename = c_char_p(filename)
    return self._libc.calc_MD5(new_filename)
   def calc_SHA1(self, filename):
    new_filename = c_char_p(filename)
    return self._libc.calc_SHA1(new_filename)

运行界面
图 2. 工具的运行界面

图 2. 工具的运行界面