ctypes: Python から C ライブラリを呼び出す
ctypes で共有ライブラリを読み込み、C 関数を呼び出します。
「ctypes: Python から C ライブラリを呼び出す」はCoddyKit上の無料Python Academyレッスンです。 これはレッスン2/4です。 下記で完全なレッスンを無料で読むことができます。その後、ブラウザ内の組み込みコードエディタと24時間対応のAIチューターでハンズオン演習できます。 これはPython Academy学習パスの一部であり、ウェブとCoddyKitアプリ全体で進捗が同期されます。 Python Academyコースには全4レッスンが含まれています。
ctypesとは
ctypes は、共有Cライブラリを読み込み、その関数をPythonから呼び出すための標準ライブラリモジュールです。コンパイルは必要ありません。
import ctypes
# Load the C standard library
libc = ctypes.CDLL("libc.so.6") # Linux
# libc = ctypes.CDLL("libSystem.dylib") # macOS
libc.puts(b"Hello from C!")ライブラリの読み込み
cdeclの呼び出し規約(ほとんどのCライブラリ)には ctypes.CDLL を使用し、Windowsのstdcall APIには WinDLL を使用します。
import ctypes
# Platform-independent approach:
import ctypes.util
libm_name = ctypes.util.find_library("m")
libm = ctypes.CDLL(libm_name)
result = libm.sqrt
result.restype = ctypes.c_double
result.argtypes = [ctypes.c_double]
print(result(2.0)) # 1.4142...Cのデータ型
ctypesのクラスを使用して、Pythonの型をCの型に対応付けます。c_int、c_double、c_char_p、c_void_p などがあります。
import ctypes
x = ctypes.c_int(42)
print(x.value) # 42
d = ctypes.c_double(3.14)
print(d.value) # 3.14
s = ctypes.c_char_p(b"hello")
print(s.value) # b"hello"argtypesとrestypeの設定
型の不一致による予期しないクラッシュを避けるため、必ず argtypes(引数の型)と restype(戻り値の型)を宣言します。
import ctypes, ctypes.util
libm = ctypes.CDLL(ctypes.util.find_library("m"))
libm.pow.argtypes = [ctypes.c_double, ctypes.c_double]
libm.pow.restype = ctypes.c_double
print(libm.pow(2.0, 10.0)) # 1024.0ポインターの受け渡し
C変数へのポインターを渡すには、ctypes.byref(var) または ctypes.pointer(var) を使用します。
import ctypes
libc = ctypes.CDLL(None) # None = current process
value = ctypes.c_int(0)
# Passing pointer to C function:
# libc.some_func(ctypes.byref(value))
print(value.value)構造体
ctypes.Structure を継承し、_fields_ を列挙してCの構造体を定義します。
import ctypes
class Point(ctypes.Structure):
_fields_ = [
("x", ctypes.c_double),
("y", ctypes.c_double),
]
p = Point(1.0, 2.0)
print(p.x, p.y) # 1.0 2.0配列
TypeClass * N を使用してCの配列を作成します。
import ctypes
IntArray5 = ctypes.c_int * 5
arr = IntArray5(10, 20, 30, 40, 50)
for v in arr:
print(v, end=" ") # 10 20 30 40 50コールバック(関数ポインター)
ctypes.CFUNCTYPE を使用して、コールバックとして渡せるCから呼び出し可能なPython関数を作成します。
import ctypes
CompareFunc = ctypes.CFUNCTYPE(ctypes.c_int, ctypes.c_int, ctypes.c_int)
def my_compare(a, b):
return a - b
c_compare = CompareFunc(my_compare)
# Pass c_compare to a C function expecting a comparatorWindows DLLの読み込み
Windowsでは、stdcall規約を使用するDLL(Windows APIなど)に ctypes.WinDLL を使用します。
import ctypes # Windows only
kernel32 = ctypes.WinDLL("kernel32", use_last_error=True)
kernel32.GetTickCount.restype = ctypes.c_ulong
print(kernel32.GetTickCount())エラー処理
Windowsでは ctypes.get_last_error() を確認し、特殊な値として返されるエラーにはPythonレベルのtry/exceptを使用します。
import ctypes
# Many C functions return -1 or NULL on error:
result = some_c_function()
if result == -1:
raise OSError("C function failed")
# For errno on POSIX:
import os
if result < 0:
raise OSError(os.strerror(ctypes.get_errno()))実践例:OpenSSLによるSHA-256
Pythonのバインディングライブラリを使わずに、ctypes経由でOpenSSLのSHA256を直接呼び出します。
import ctypes, ctypes.util
libcrypto = ctypes.CDLL(ctypes.util.find_library("crypto"))
SHA256 = libcrypto.SHA256
SHA256.argtypes = [ctypes.c_char_p, ctypes.c_size_t, ctypes.c_char_p]
SHA256.restype = ctypes.c_char_p
buf = ctypes.create_string_buffer(32)
SHA256(b"hello", 5, buf)
print(buf.raw.hex())確認問題
ctypesの関数に必ず argtypes と restype を設定する必要があるのはなぜですか?
まとめ
ctypesは、コンパイルなしで共有Cライブラリを読み込みます。すべての関数に argtypes と restype を宣言してください。Cの構造体には Structure、配列には TypeClass * N、コールバックには CFUNCTYPE を使用します。
よくある質問
「ctypes: Python から C ライブラリを呼び出す」レッスンは無料ですか?
はい。「ctypes: Python から C ライブラリを呼び出す」の完全なテキストはこのウェブで無料で読めます。インタラクティブに演習し(組み込みコードエディタと24時間対応のAIチューター)、Python Academyコースの残りをアンロックするには、CoddyKit PROにアップグレードしてください。 Python Academyコースには全4レッスンが含まれています。
「ctypes: Python から C ライブラリを呼び出す」で何を学びますか?
ctypes で共有ライブラリを読み込み、C 関数を呼び出します。 ブラウザで直接実行するハンズオンコードでPython Academyを演習し、24時間対応のAIチューターがレッスンを進める中での質問に答えます。
Python Academyを始めるのに経験は必要ですか?
事前経験は必要ありません。CoddyKitのPython Academyは初級者から上級者向けに構成されているため、ここから始めるか最初から始めて、自分のペースで進むことができます。 これはレッスン2/4です。
「ctypes: Python から C ライブラリを呼び出す」レッスンにはどのくらい時間がかかりますか?
ほとんどのCoddyKitレッスンは約5~10分かかります。各レッスンはコンパクトでインタラクティブなので、着実に進歩し、ウェブとアプリ全体で正確に前回の場所から再開できます。
このPython Academyレッスンでコードを書いて実行できますか?
はい。すべてのPython Academyレッスンに組み込みコードエディタが含まれているため、ブラウザでリアルコードを書いて実行し、即座のAIフィードバックを取得できます。ローカル設定は不要です。
このコースのすべてのレッスン
- C 拡張の理由: 用途とトレードオフ
- ctypes: Python から C ライブラリを呼び出す
- cffi: C 外部関数インターフェース
- Python C 拡張モジュールの作成