Python使用ctypes實現(xiàn)與C++互相調用的實踐教程

更新時間：2026年02月04日 08:37:29 作者：愛吃芒果的蘑菇

這篇文章主要為大家詳細介紹了Python如何使用ctypes實現(xiàn)與C++互相調用,文中的示例代碼講解詳細,感興趣的小伙伴可以跟隨小編一起學習一下

背景

小H上次使用了pybind11來調用C++的方法，這次同樣是在項目中遇到了需要在py層調用C++方法的情況，現(xiàn)在對于性能的需求更加敏感，所以需要使用C++的底層方法來獲得結果（當然也可能只是因為C++有這個方法，直接拿來用比較方便），選擇ctypes應該也是因為這個比較方便吧。

示例

在C++側，我們需要實現(xiàn)一個函數(shù)，然后導出一個動態(tài)庫方法，這里樓主從py層傳入了一個回調函數(shù)，返回了對應的字符結果。

在py側，首先需要使用ctypes.CDLL加載剛才編譯出的動態(tài)庫，聲明對應的方法，之后實現(xiàn)一個回調函數(shù)進行傳入。

C++動態(tài)庫實現(xiàn)

#include <iostream>
#include <string>

// 回調類型：void callback(int, const char*)
using CallbackType = void(*)(int, const char*);

extern "C" {

// 導出函數(shù)：循環(huán)調用回調
void run_with_callback(CallbackType cb, int count) {
    if (!cb) {
        std::cerr << "[C++] callback is null" << std::endl;
        return;
    }

    std::cout << "[C++] run_with_callback start, count = " << count << std::endl;

    for (int i = 0; i < count; ++i) {
        std::cout << "[C++] before calling callback, i = " << i << std::endl;

        std::string message = "msg from C++ index = " + std::to_string(i);
        cb(i, message.c_str());  // 回調到 Python

        std::cout << "[C++] after calling callback, i = " << i << std::endl;
    }

    std::cout << "[C++] run_with_callback end" << std::endl;
}

} // extern "C"

ps：C++ 默認會對函數(shù)名做 name mangling（名字改編），導致動態(tài)庫中的符號名變復雜；ctypes按 C ABI 去找函數(shù)名，如果不顯式用 extern "C"，Python 側很難直接按名字找到

用CMake編譯成動態(tài)庫

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(pyc_callback_demo LANGUAGES CXX)

add_library(mycallback SHARED callback_lib.cpp)

set_target_properties(mycallback PROPERTIES
    OUTPUT_NAME "mycallback"
    CXX_STANDARD 17
    CXX_STANDARD_REQUIRED YES
)

構建

mkdir -p build
cd build
cmake ..
cmake --build .

這樣就得到了一個.so文件，供py側加載。

python加載動態(tài)庫并調用

用 @CALLBACK_CTYPE 裝飾 Python 函數(shù)，ctypes 會把它包裝成 C 函數(shù)指針。
字符串參數(shù)在 Python 中收到的是 bytes，需要手動解碼

import ctypes
import pathlib
import os

# 當前文件所在目錄
BASE_DIR = pathlib.Path(__file__).resolve().parent

LIB_PATH = BASE_DIR / "cpp_lib" / "build" / "libmycallback.so"

if not LIB_PATH.exists():
    raise FileNotFoundError(f"找不到動態(tài)庫: {LIB_PATH}. 請先在 cpp_lib 目錄下用 CMake 編譯生成 libmycallback.so")

# 加載動態(tài)庫
lib = ctypes.CDLL(str(LIB_PATH))

# 定義 C 端回調類型
# 第二個參數(shù)用 ctypes.c_char_p（C 端是 const char*）
CALLBACK_CTYPE = ctypes.CFUNCTYPE(None, ctypes.c_int, ctypes.c_char_p)

# 聲明 C 函數(shù)的簽名：void run_with_callback(CallbackType cb, int count)
lib.run_with_callback.argtypes = [CALLBACK_CTYPE, ctypes.c_int]
lib.run_with_callback.restype = None


# Python 側的回調實現(xiàn)
@CALLBACK_CTYPE
def py_callback(i: int, msg: bytes) -> None:
    # msg 是 bytes，需要按合適編碼解碼，這里假設 UTF-8
    text = msg.decode("utf-8") if msg is not None else "<NULL>"
    print(f"[Python] in callback, i = {i}, msg = {text}")


def main() -> None:
    print("[Python] before calling C function")

    # 調用 C++ 庫函數(shù)，并把 Python 回調傳進去
    lib.run_with_callback(py_callback, 3)

    print("[Python] after calling C function")


if __name__ == "__main__":
    main()