Python中的ctypes使用场景_Python

ctypes 是 python 标准库中的一个模块，用于调用动态链接库（如 .dll、.so、.dylib）中的 c 函数，并与 c 兼容的数据类型进行交互。它允许 python 程序直接与用 c/c++ 编写的共享库进行交互，而无需编写额外的绑定代码（如使用 cython 或 swig）。这在需要高性能计算、复用已有 c 库或操作系统底层接口时非常有用。

主要功能

加载动态链接库
- windows: ctypes.windll / ctypes.cdll
- linux/macos: ctypes.cdll
- 示例：

import ctypes
libc = ctypes.cdll("libc.so.6")  # linux
# 或
msvcrt = ctypes.cdll("msvcrt.dll")  # windows

调用 c 函数
- 加载后可像普通函数一样调用：

result = libc.printf(b"hello, %s\n", b"world")

数据类型映射
- ctypes 提供了与 c 类型对应的 python 类型，例如：
- 示例结构体

class point(ctypes.structure):
    _fields_ = [("x", ctypes.c_int),
                ("y", ctypes.c_int)]
p = point(10, 20)

c_int, c_char, c_double, c_void_p 等
- 数组：c_int * 10
- 结构体：继承 ctypes.structure
- 联合体：继承 ctypes.union
指定函数参数和返回类型
- 默认情况下，ctypes 假设函数返回 c_int，参数按 c 的默认规则转换。
- 可显式设置：

libc.malloc.argtypes = [ctypes.c_size_t]
libc.malloc.restype = ctypes.c_void_p

回调函数（callback）
- 可将 python 函数作为 c 函数指针传入：python

cmpfunc = ctypes.cfunctype(ctypes.c_int, ctypes.c_int, ctypes.c_int)
def py_cmp(a, b):
    return a - b
cmp_func = cmpfunc(py_cmp)

内存管理
- 可通过 ctypes.create_string_buffer() 创建可变内存块
- 注意：不当使用可能导致段错误（segmentation fault）

使用场景

调用系统 api（如 windows api）
复用高性能 c 库（如数学计算、图像处理）
与硬件驱动或嵌入式设备通信
快速原型开发，避免重写 c 代码

检查屏幕状态

通过cypes加载windows api的user32.dll动态链接库
user32.dll是windows系统中负责用户界面相关功能的核心库，提供了窗口管理、消息处理等功能

def check_screen_state():
        user32 = ctypes.windll.user32 
        #getdc函数用于获取指定窗口的设备上下文（device context），0表示获取整个屏幕的dc,而不是特定窗口的
        hdc = user32.getdc(0)
        try:
            # 获取设备的特定能力值，109对应windowsapi中的sm_cmonitors常量，用于获取系统中显示器的数量
            result = user32.getdevicecaps(hdc, 109) # 目的是检查系统中是否有显示器连接
            if result == 0:
                current_state = 'off'
            else:
                '''
                systemparametersinfow是windowsapi中的一个核心函数，用于获取或设置各种系统参数。
                后缀w表示这是unicode版本的函数，用于处理宽字符
                bool systemparametersinfow(
                    uint  uiaction,      // 要执行的操作
                    uint  uiparam,       // 操作相关的参数
                    pvoid pvparam,       // 数据缓冲区指针
                    uint  fwinini        // 更新配置文件的标志
                );
                - 当调用 systemparametersinfow(16, 0, none, 0) 时：
                - uiaction = spi_getscreensaverrunning (16)
                - uiparam = 0 (此操作不需要额外参数)
                - pvparam = none (在 python 中，这里会返回布尔值)
                - fwinini = 0 (不需要更新配置文件)
                - 返回值：如果屏幕保护程序正在运行，返回非零值；否则返回 0。
                '''
                is_screen_saver_running = user32.systemparametersinfow(16, 0, none, 0) 
                if is_screen_saver_running:
                    current_state = 'screensaver' // 屏幕保护程序运行
                else:
                    # 参数 114 用于检查显示器电源管理是否已激活,对应windowsapi中的常量spi_gettpoweroffactive
                    is_monitor_off = user32.systemparametersinfow(114, 0, none, 0) 
                    if is_monitor_off:
                        current_state = 'off' // 屏幕关闭
                    else:
                        current_state = 'on' // 屏幕亮起
        except:
            current_state = 'unknown' // 屏幕状态未知
        finally:
            user32.releasedc(0, hdc)
        return current_state

注意事项

平台依赖性：不同操作系统/架构下，库名称、调用约定（calling convention）可能不同。
abi 兼容性：需确保调用的函数签名与实际一致，否则程序可能崩溃。
安全性：ctypes 绕过了 python 的内存安全机制，错误使用可能导致严重问题。
性能开销：虽然调用的是原生代码，但频繁的 python ↔ c 转换仍有开销。

简单示例：调用 c 标准库的abs

import ctypes
# 加载 c 标准库（linux/macos）
libc = ctypes.cdll("libc.so.6")  # macos 可能是 "libc.dylib"
# 设置函数签名
libc.abs.argtypes = [ctypes.c_int]
libc.abs.restype = ctypes.c_int
# 调用
print(libc.abs(-42))  # 输出: 42