使用ctypes与numpy为接收int数组的C++函数编写Python包装器

这里是整理好的、用于用ctypes和Numpy给接收int数组的C++函数编写Python包装器的最简示例代码，同时补充了实际开发中需要注意的关键细节：

C++ 源文件（copy.cpp） #

#include <vector>
extern "C" std::vector<int>* copy_vec(int* array, int size){
    std::vector<int>* vec = new std::vector<int>(size);
    for (int i=0; i<size; i++){
        vec->push_back(array[i]);
    }
    return vec;
}

注意：extern "C"是必须的——它能避免C++的名称修饰问题，让ctypes可以正确定位到函数符号；另外代码中返回了动态分配的std::vector指针，后续一定要记得释放内存，避免泄漏。

Python 包装代码（copy.py） #

import ctypes as ct
import numpy as np

INT_POINTER = ct.POINTER(ct.c_int)
# 根据系统补全动态库后缀：Linux是.so，Windows是.dll，macOS是.dylib
_lib = ct.cdll.LoadLibrary('./libcopy.so')

# 必须指定函数的参数类型和返回类型，避免类型错误和未定义行为
_lib.copy_vec.argtypes = [INT_POINTER, ct.c_int]
# std::vector的指针无法直接映射到ctypes原生类型，先用void*接收
_lib.copy_vec.restype = ct.c_void_p

额外实用提示 #

• 编译C动态库的命令（以g为例）：

  g++ -shared -fPIC copy.cpp -o libcopy.so
  

• 从Python传递Numpy数组到C++：可以用np.array([1,2,3], dtype=np.int32).ctypes.data_as(INT_POINTER)来获取兼容的指针
• 解决内存泄漏：建议在C++中补充一个释放vector的函数，再在Python中绑定调用：

  // 加到copy.cpp中
  extern "C" void free_vec(std::vector<int>* vec){
      delete vec;
  }
  

  // 加到copy.py中
  _lib.free_vec.argtypes = [ct.c_void_p]
  _lib.free_vec.restype = None
  

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Guilherme de Lazari