在 Python/ctypes 中的结构内取消引用 C 函数指针

Question

我在 C 中有以下结构和函数声明：

typedef int (*callback)(struct instance *);

typedef struct instance {
    int x;
    callback f;
} instance;

在 Python 中使用 ctypes 定义回调的正确方法是什么？

我正在尝试通过以下方式在 Python 中声明结构：

class INSTANCE_STRUCT(ctypes.Structure):
       _fields_ = [("x", c_int),
                   ("f", c_void_p)]

所以基本上我使用c_void_p 将f 声明为空指针，并希望将其转换为函数。

我正在使用 malloc 在堆上的 C 源代码中创建结构，然后在 Python 中按如下方式访问它：

instance = ctypes.cast(pointer_to_structure, ctypes.POINTER(INSTANCE_STRUCT))
print(instance.contents.x)
print(instance.contents.f)

运行脚本会给我以下输出：

Initializing struct x=[4] with function f() result=[8] // this happens in C and is correct
4 // value of instance.x
140027207110960 // address of instance.f (?)

现在有了instance.f() 的地址，我想我需要以某种方式将其转换为python 方法。我试过这个：

def CALLBACK_FUNC(self, structure):
     pass

callback = ctypes.cast(instance.contents.f, ctypes.POINTER(CALLBACK_FUNC))

但它只是抛出错误：

Traceback (most recent call last):
  File "binding_test.py", line 19, in <module>
    callback = ctypes.cast(instance.contents.f, ctypes.POINTER(callback_function))
TypeError: must be a ctypes type

考虑到回调函数应该将 INSTANCE_STRUCT 对象本身作为参数，有人知道在 Python 中取消引用 instance.f() 函数的方法是什么吗？

Answer 1

函数指针可以使用CFUNCTYPE(retval,params...) 来声明C 函数指针。下面的代码是根据描述和最小代码的猜测：

test.c

#if defined(_WIN32)
#   define API __declspec(dllexport)
#else
#   define API
#endif

#include <stdlib.h>

struct instance; // forward declaration...

typedef int (*callback)(struct instance *); // so callback can be defined...

typedef struct instance { // and structure declared.
    int x;
    callback f;
} instance;

int func(instance* p) {  // Callback
    return ++p->x;
}

API instance* get_instance(void) {
    instance* p = malloc(sizeof(instance));
    p->x = 5;
    p->f = func;
    return p;
}

API void free_instance(instance* p) {
    free(p);
}

test.py

from ctypes import *

# Forward declaration...
class Instance(Structure):
    pass

# so the callback parameter pointer can be declared...
CALLBACK = CFUNCTYPE(c_int,POINTER(Instance))

# and then the fields can be defined.
Instance._fields_ = (('x',c_int),
                     ('f',CALLBACK))

dll = CDLL('./test')
dll.get_instance.argtypes = ()
dll.get_instance.restype = POINTER(Instance)
dll.free_instance.argtypes = POINTER(Instance),
dll.free_instance.restype = None

instance = dll.get_instance()
try:
    print(instance.contents.x)
    print(instance.contents.f(instance))
    print(instance.contents.f(instance))
    print(instance.contents.f(instance))
finally:
    dll.free_instance(instance)

输出：

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参考资料：

• https://docs.python.org/3/library/ctypes.html#incomplete-types
• https://docs.python.org/3/library/ctypes.html#callback-functions