Python中的ctypes使用場景

更新時間：2026年02月12日 09:35:24 作者：方安樂

ctypes是Python與C世界之間的一座橋梁,強大但需謹慎使用,對于更復(fù)雜或高頻的交互,也可考慮cffi、pybind11或Cython等替代方案,本文給大家介紹Python中的ctypes,感興趣的朋友一起看看吧

ctypes 是 Python 標準庫中的一個模塊，用于調(diào)用動態(tài)鏈接庫（如 .dll、.so、.dylib）中的 C 函數(shù)，并與 C 兼容的數(shù)據(jù)類型進行交互。它允許 Python 程序直接與用 C/C++ 編寫的共享庫進行交互，而無需編寫額外的綁定代碼（如使用 Cython 或 SWIG）。這在需要高性能計算、復(fù)用已有 C 庫或操作系統(tǒng)底層接口時非常有用。

主要功能

加載動態(tài)鏈接庫
- 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

調(diào)用 C 函數(shù)
- 加載后可像普通函數(shù)一樣調(diào)用：

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

數(shù)據(jù)類型映射
- ctypes 提供了與 C 類型對應(yīng)的 Python 類型，例如：
- 示例結(jié)構(gòu)體

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
- 數(shù)組：c_int * 10
- 結(jié)構(gòu)體：繼承 ctypes.Structure
- 聯(lián)合體：繼承 ctypes.Union
指定函數(shù)參數(shù)和返回類型
- 默認情況下，ctypes 假設(shè)函數(shù)返回 c_int，參數(shù)按 C 的默認規(guī)則轉(zhuǎn)換。
- 可顯式設(shè)置：

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

回調(diào)函數(shù)（Callback）
- 可將 Python 函數(shù)作為 C 函數(shù)指針傳入：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)

內(nèi)存管理
- 可通過 ctypes.create_string_buffer() 創(chuàng)建可變內(nèi)存塊
- 注意：不當使用可能導(dǎo)致段錯誤（segmentation fault）

使用場景

調(diào)用系統(tǒng) API（如 Windows API）
復(fù)用高性能 C 庫（如數(shù)學(xué)計算、圖像處理）
與硬件驅(qū)動或嵌入式設(shè)備通信
快速原型開發(fā)，避免重寫 C 代碼

檢查屏幕狀態(tài)

通過cypes加載Windows API的user32.dll動態(tài)鏈接庫
user32.dll是Windows系統(tǒng)中負責(zé)用戶界面相關(guān)功能的核心庫，提供了窗口管理、消息處理等功能

def check_screen_state():
        user32 = ctypes.windll.user32 
        #GetDC函數(shù)用于獲取指定窗口的設(shè)備上下文（Device Context），0表示獲取整個屏幕的DC,而不是特定窗口的
        hdc = user32.GetDC(0)
        try:
            # 獲取設(shè)備的特定能力值，109對應(yīng)WindowsAPI中的SM_CMONITORS常量，用于獲取系統(tǒng)中顯示器的數(shù)量
            result = user32.GetDeviceCaps(hdc, 109) # 目的是檢查系統(tǒng)中是否有顯示器連接
            if result == 0:
                current_state = 'off'
            else:
                '''
                SystemParametersInfoW是WindowsAPI中的一個核心函數(shù)，用于獲取或設(shè)置各種系統(tǒng)參數(shù)。
                后綴W表示這是Unicode版本的函數(shù)，用于處理寬字符
                BOOL SystemParametersInfoW(
                    UINT  uiAction,      // 要執(zhí)行的操作
                    UINT  uiParam,       // 操作相關(guān)的參數(shù)
                    PVOID pvParam,       // 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指針
                    UINT  fWinIni        // 更新配置文件的標志
                );
                - 當調(diào)用 SystemParametersInfoW(16, 0, None, 0) 時：
                - uiAction = SPI_GETSCREENSAVERRUNNING (16)
                - uiParam = 0 (此操作不需要額外參數(shù))
                - pvParam = None (在 Python 中，這里會返回布爾值)
                - fWinIni = 0 (不需要更新配置文件)
                - 返回值：如果屏幕保護程序正在運行，返回非零值；否則返回 0。
                '''
                is_screen_saver_running = user32.SystemParametersInfoW(16, 0, None, 0) 
                if is_screen_saver_running:
                    current_state = 'screensaver' // 屏幕保護程序運行
                else:
                    # 參數(shù) 114 用于檢查顯示器電源管理是否已激活,對應(yīng)WindowsAPI中的常量SPI_GETTPOWEROFFACTIVE
                    is_monitor_off = user32.SystemParametersInfoW(114, 0, None, 0) 
                    if is_monitor_off:
                        current_state = 'off' // 屏幕關(guān)閉
                    else:
                        current_state = 'on' // 屏幕亮起
        except:
            current_state = 'unknown' // 屏幕狀態(tài)未知
        finally:
            user32.ReleaseDC(0, hdc)
        return current_state

注意事項

平臺依賴性：不同操作系統(tǒng)/架構(gòu)下，庫名稱、調(diào)用約定（calling convention）可能不同。
ABI 兼容性：需確保調(diào)用的函數(shù)簽名與實際一致，否則程序可能崩潰。
安全性：ctypes 繞過了 Python 的內(nèi)存安全機制，錯誤使用可能導(dǎo)致嚴重問題。
性能開銷：雖然調(diào)用的是原生代碼，但頻繁的 Python ↔ C 轉(zhuǎn)換仍有開銷。

簡單示例：調(diào)用 C 標準庫的abs

import ctypes
# 加載 C 標準庫（Linux/macOS）
libc = ctypes.CDLL("libc.so.6")  # macOS 可能是 "libc.dylib"
# 設(shè)置函數(shù)簽名
libc.abs.argtypes = [ctypes.c_int]
libc.abs.restype = ctypes.c_int
# 調(diào)用
print(libc.abs(-42))  # 輸出: 42