从 Python 调用 C：传递 numpy 指针列表

我有数量可变的 numpy 数组，我想将其传递给 C 函数。我设法传递了每个单独的数组（使用<ndarray>.ctypes.data_as(c_void_p)），但数组的数量可能会相差很大。

我想我可以在列表中传递所有这些“指针”并使用PyList_GetItem()C 代码中的函数。它的工作原理就像一个魅力，只是所有元素的值都不是我通常在将它们作为函数参数传递时获得的指针。

不过，如果我有：

from numpy import array
from ctypes import py_object

a1 = array([1., 2., 3.8])
a2 = array([222.3, 33.5])

values = [a1, a2]

my_cfunc(py_object(values), c_long(len(values)))

我的 C 代码如下所示：

void my_cfunc(PyObject *values)
{
    int i, n;

    n = PyObject_Length(values)
    for(i = 0; i < n; i++)
    {
        unsigned long long *pointer;
        pointer = (unsigned long long *)(PyList_GetItem(values, i);
        printf("value 0 : %f\n", *pointer);
    }
}

打印的值都是0.0000

我尝试了很多不同的解决方案，使用ctypes.byref(), ctypes.pointer()等等。但我似乎无法检索真正的指针值。我什至有这样的印象：c_void_p()被截断为 32 位...

虽然有很多关于将 numpy 指针传递给 C 的文档，但我在 Python 列表中没有看到任何有关 c_types 的内容（我承认这可能看起来很奇怪......）。

有什么线索吗？

经过几个小时的阅读多页文档并深入研究 numpy 包含文件后，我终于成功地理解了它的工作原理。由于我花费了大量时间寻找这些确切的解释，因此我提供以下文本以避免任何人浪费时间。

我重复一下这个问题：

如何将 numpy 数组列表从 Python 传输到 C

（我还假设您知道如何在 Python 中编译、链接和导入 C 模块）

通过一个Numpy从 Python 到 C 的数组相当简单，只要将其作为 C 函数中的参数传递即可。你只需要在Python中做这样的事情

from numpy import array
from ctypes import c_long

values = array([1.0, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5])

my_c_func(values.ctypes.data_as(c_void_p), c_long(values.size))

C 代码可能如下所示：

void my_c_func(double *value, long size)
{
    int i;
    for (i = 0; i < size; i++)
        printf("%ld : %.10f\n", i, values[i]);
}

这很简单......但是如果我有可变数量的数组怎么办？当然，我可以使用解析函数参数列表的技术（许多例子堆栈溢出），但我想做一些不同的事情。

我想将所有数组存储在一个列表中，并将该列表传递给 C 函数，然后让 C 代码处理所有数组。

事实上，它非常简单、容易且连贯......一旦您了解它是如何完成的！有一个非常简单的事实需要记住：

列表/元组/字典的任何成员都是 Python 对象...在代码的 C 端！

你不能指望直接通过pointer正如我最初错误地认为的那样。一旦说过，这听起来很简单:-)不过，让我们编写一些Python代码：

from numpy import array

my_list = (array([1.0, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5]),
           array([2.9, 3.8. 4.7, 5.6]))

my_c_func(py_object(my_list))

好吧，您不需要更改列表中的任何内容，但您需要指定将列表作为PyObject争论。

以下是如何在 C 中访问所有这些内容。

void my_c_func(PyObject *list)
{
    int i, n_arrays;

    // Get the number of elements in the list
    n_arrays = PyObject_Length(list);

    for (i = 0; i LT n_arrays; i++)
    {
        PyArrayObject *elem;
        double *pd;

        elem = PyList_GetItem(list,
                              i);
        pd = PyArray_DATA(elem);
        printf("Value 0 : %.10f\n", *pd);
    }
}

解释 ：

• 该列表作为指向PyObject
• 我们使用以下方法从列表中获取数组的数量PyObject_Length()功能。
• PyList_GetItem() always返回一个PyObject（实际上是一个void *)
• 我们使用以下方法检索指向数据数组的指针PyArray_DATA() macro.

通常情况下，PyList_GetItem()返回一个py对象 *，但是，如果你看看Python.h and ndarraytypes.h，您会发现它们都定义为（我已经扩展了宏！）：

typedef struct _object {
    Py_ssize_t ob_refcnt;
    struct _typeobject *ob_type;
} PyObject;

And the PyArray对象……一模一样。不过，在这个级别上它是完全可以互换的。 ob_type 的内容对于这两个对象都是可访问的，并且包含操作任何通用 Python 对象所需的所有内容。我承认我在调查过程中使用了其中一名成员。这struct member tp_name是包含对象名称的字符串...以明文形式表示；相信我，这很有帮助！这就是我发现每个列表元素包含的内容的方式。

虽然这些结构不包含任何其他内容，但我们如何访问 this 的指针ndarray目的 ？简单地使用对象宏...它使用扩展结构，允许编译器知道如何访问附加对象的元素，在ob_type指针。这PyArray_DATA()宏定义为：

#define PyArray_DATA(obj) ((void *)((PyArrayObject_fields *)(obj))->data)

在那里，它正在投射PyArayObject * as a PyArrayObject_fields *这个最新的结构很简单（简化并扩展了宏！）：

typedef struct tagPyArrayObject_fields {
    Py_ssize_t ob_refcnt;
    struct _typeobject *ob_type;
    char *data;
    int nd;
    npy_intp *dimensions;
    npy_intp *strides;
    PyObject *base;
    PyArray_Descr *descr;
    int flags;
    PyObject *weakreflist;
} PyArrayObject_fields;

正如您所看到的，该结构的前两个元素与PyObject and PyArray对象，但附加元素可以是已解决使用这个定义。直接访问这些元素很诱人，但这是一种非常糟糕且危险的做法，不仅仅是强烈劝阻。您必须使用宏，而不用担心所有这些结构中的细节和元素。我只是觉得你可能会对某些人感兴趣内部结构.

请注意，所有PyArray对象宏记录在http://docs.scipy.org/doc/numpy/reference/c-api.array.html http://docs.scipy.org/doc/numpy/reference/c-api.array.html

例如，一个的大小PyArray对象可以使用宏来获取PyArray_SIZE(PyArrayObject *)

最后，一旦您了解了它，它就非常简单且符合逻辑:-)