Python ctypes：复制结构体内容

Question

我想用ctypes在Python中模仿一段C代码，代码大概是这样的：

typedef struct {
  int x;
  int y;
} point;

void copy_point(point *a, point *b) {
  *a = *b;
}

在ctypes中，不能这样做：

from ctypes import *

class Point(Structure):
  _fields_ = [("x", c_int),("y", c_int)]

def copy_point(a, b):
  a.contents = b.contents

p0 = pointer(Point())
p1 = pointer(Point())
copy_point(p0,p1)

因为contents仍然是一个Python的ctypes结构体对象，它本身是作为一个引用来管理的。

一个明显的解决办法是手动复制每个字段（这些字段在Python中是不可变的整数），但如果结构体变得复杂，这种方法就不太好用了。而且，对于那些不是基本类型而是结构类型的字段，还需要递归地进行复制。

我的另一个选择是使用memmove，把对象当作缓冲区来复制，但这似乎很容易出错（因为Python是动态类型的，使用不同类型和大小的对象很容易导致内存损坏或段错误）……

有没有什么建议呢？

编辑：

我也可以使用一个全新的结构体副本，所以也许这会有用：

import copy
p0 = Point()
p1 = copy.deepcopy(p0) #or just a shallow copy for this example

但我不知道把ctypes代理当作普通Python对象复制时，会不会出现一些奇怪的行为……

Answer 1

我现在也在考虑定义一个像这样的函数：

def safe_copy(dst, src):
  if type(src) != type(dst) or not isinstance(src, Structure):
    raise Exception("wrong types")
  memmove(addressof(dst), addressof(src), sizeof(src))

不过可能还有更好的选择...

Answer 2

memmove 是这里正确的操作。通过设置你的 CopyPoint 函数的 argtypes，你可以轻松地确保类型安全。

from ctypes import *

class Point(Structure):
    _fields_ = [("x", c_int), ("y", c_int)]
    def __str__(self):
        return "<Point: x=%d, y=%d, addr=%ld>" % (self.x, self.y, addressof(self))

def CopyPoint(a, b):
    memmove(a, b, sizeof(Point))
CopyPoint.argtypes = [POINTER(Point), POINTER(Point)]

pt0 = Point(x=0, y=10)
pt1 = Point(x=5, y=7)

print pt0, pt1

CopyPoint(byref(pt0), byref(pt1))
print pt0, pt1    

try:
    CopyPoint(byref(pt0), Point(x=2, y=3))
except ArgumentError as e:
    print "Could not copy!", e

输出：

$ python ct.py 
<Point: x=0, y=10, addr=3083711192> <Point: x=5, y=7, addr=3083711120>
<Point: x=5, y=7, addr=3083711192> <Point: x=5, y=7, addr=3083711120>
Could not copy! argument 2: <type 'exceptions.TypeError'>: wrong type

请注意，如果你需要让这个功能更通用，你可以很容易地创建一个工厂，在运行时根据特定类型生成这种函数：

def CopierFactory(typ):
    def f(a,b):
        memmove(a,b, sizeof(typ))
    f.argtypes = [POINTER(typ), POINTER(typ)]

    return f

copy_point = CopierFactory(Point)

a = Point(x=1, y=2)
b = Point(x=-1, y=-1)
print a, b
copy_point(byref(a), byref(b))
print a, b

输出：

<Point: x=1, y=2, addr=3085088024> <Point: x=-1, y=-1, addr=3085087952>
<Point: x=-1, y=-1, addr=3085088024> <Point: x=-1, y=-1, addr=3085087952>

Answer 3

你可以使用序列赋值来复制指向的对象（而不是直接给 p.contents 赋值，这样会改变指针的值）：

def copy(dst, src):
    """Copies the contents of src to dst"""
    pointer(dst)[0] = src

# alternately
def new_copy(src):
    """Returns a new ctypes object which is a bitwise copy of an existing one"""
    dst = type(src)()
    pointer(dst)[0] = src
    return dst

# or if using pointers
def ptr_copy(dst_ptr, src_ptr):
    dst_ptr[0] = src_ptr[0]

ctypes 会帮你进行类型检查（虽然不是绝对可靠，但总比没有好）。

下面是一个使用的例子，并且验证它确实有效；）：

>>> o1 = Point(1, 1)
>>> o2 = Point(2, 2)
>>> print (o1.x, o1.y, addressof(o1)), (o2.x, o2.y, addressof(o2))
(1, 1, 6474004) (2, 2, 6473524)
>>> copy(o2, o1)
>>> pprint (o1.x, o1.y, addressof(o1)), (o2.x, o2.y, addressof(o2))
(1, 1, 6474004) (1, 1, 6473524)

>>> o1 = Point(1, 1), o2 = Point(2, 2)
>>> print (o1.x, o1.y, addressof(o1)), (o2.x, o2.y, addressof(o2))
(1, 1, 6473844) (2, 2, 6473684)
>>> p1, p2 = pointer(o1), pointer(o2)
>>> addressof(p1.contents), addressof(p2.contents)
(6473844, 6473684)
>>> ptr_copy(p1, p2)
>>> print (o1.x, o1.y, addressof(o1)), (o2.x, o2.y, addressof(o2))
(2, 2, 6473844) (2, 2, 6473684)
>>> addressof(p1.contents), addressof(p2.contents)
(6473844, 6473684)