从Python中分配SWIG C++类型的数组

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提问于 2025-04-16 16:51

我正在写一个Python脚本，这个程序通过SWIG把它的C++接口暴露出来。SWIG暴露的函数接口大概是这样的：

void writePixelsRect(JoxColor* colors, int left, int top, int width, int height);

JoxColor是一个简单的数据结构，长得像这样：

struct JoxColor {
    float r, g, b, a;
};

我可以很简单地在Python中创建一个JoxColor，并调用writePixelsRect函数，像这样：

c = JoxApi.JoxColor()
c.r = r
c.g = g
c.b = b
c.a = a
JoxApi.writePixelsRect(c, x, y, 1, 1)

但是，如果我一次只调用writePixelsRect处理1x1像素的小矩形，那就太慢了。所以我想在Python中创建一个JoxColor的数组，这样我就可以一次性处理更大的矩形。请问用SWIG的类型能做到这一点吗？

需要注意的是，我没有办法访问暴露JoxColor和writePixelsRect的C++库的源代码，所以我不能为这个添加一个辅助函数。而且我也不想在系统中引入新的C++代码，因为那样会让使用我Python脚本的用户需要在他们的运行平台上编译C++代码。我可以在Python环境中使用ctypes，所以如果我能把用ctypes创建的浮点数组转换成JoxColor*的类型，那就可以解决我的问题。

性能优化数据结构 swig c# ctypes 数组处理像素处理接口暴露

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除了特殊的类型映射，这个SWIG原型

void writePixelsRect(JoxColor* colors, int left, int top, int width, int height);

意味着colors是一个类型为JoxColor的单一对象，而不是一个数组。你只用一个对象的调用可以正常工作（虽然速度慢），这表明这个说法是对的。所以传递一个数组可能会导致SWIG包装代码出现类型不匹配的错误。

但老实说，这看起来像是一个可以绘制任意大小矩形的函数。所以如果你想画一个更大的矩形（用一种颜色），只需传入更大的宽度和/或高度：

JoxApi.writePixelsRect(c, x, y, 10, 20)

补充： 我之前没意识到你是在写SWIG包装器，我以为那是给你的。在这种情况下，你可以写一个类型映射，将Python列表（或元组，或者你想要的其他类型）转换为JoxColor*。SWIG文档中有一个示例，展示如何将Python字符串列表转换为char**：http://www.swig.org/Doc1.3/Python.html#Python_nn59。这个类型映射使用Python的C API来进行转换，你可以使用Python文档中提到的任何方法。基本上，你需要分配一个JoxColor数组，然后遍历Python列表对象，使用PyList_GetItem来获取每个单独的对象。这样会返回一个SWIG包装的PyObject，你可以使用SWIG_ConvertPtr(list_item_py_object, (void**)&joxcolor_ptr, $descriptor(JoxColor *), 0)将其转换为指向实际JoxColor元素的指针。然后你可以把它复制到你的数组中。

记住，JoxColor*的类型映射会在所有出现JoxColor*的地方生效，你可以说JoxColor* colors来专门处理这个情况。

顺便说一下，默认情况下，SWIG将JoxColor*、JoxColor&、JoxColor和JoxColor[]以完全相同的方式包装，作为一个单一对象。Python只有对象，它不知道指针/引用/数组（Python列表也是对象）。http://www.swig.org/Doc1.3/Python.html#Python_nn22

回答于 2025-04-16 由 Python大师

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这有点复杂，不过你能不能在这部分代码里，试试用纯粹的ctypes解决方案？基本上就是手动查看共享库文件里导出的符号，找到写入像素矩形的函数的名字。C++会对函数名进行处理，所以如果库的作者选择了用extern "C"，那么函数名可能就是writePixelsRect，但如果没有，那可能会变得很复杂，比如_Z15writePixelsRectP8JoxColoriiii（这是我在系统上创建的一个虚拟C++库里导出的名字）。

在Linux上，你可以用这个命令来查看符号名：

nm libjox.so | grep writePixel | cut -d " " -f 3

然后，把那个字符串保存下来，插入到Python代码里，像这样：

from ctypes import *

LIBRARY_NAME = 'libjox.so'
c = cdll.LoadLibrary(LIBRARY_NAME)

WIDTH = 20
HEIGHT = 20

class JoxColor(Structure):
    _fields_ = [("r", c_float), ("g", c_float), ("b", c_float), ("a", c_float)]

ColorBlock = JoxColor * (WIDTH * HEIGHT)

data_array = ColorBlock()

color = JoxColor(0, 0, 1, 0)
for i in range(WIDTH * HEIGHT):
    data_array[i] = color

c._Z15writePixelsRectP8JoxColoriiii(data_array, 0, 0, WIDTH, HEIGHT)

假设_Z15writePixelsRectP8JoxColoriiii是共享库中可以访问的函数名。运行这段代码在我系统上的一个虚拟库里是可以成功的：

#include <stdio.h>

struct JoxColor {
    float r, g, b, a;
};

void writePixelsRect(JoxColor *colors, int left, int top, int width, int height) {
    int p = 0;
    printf("size: %i, %i\n", width, height);
    for (int i = 0; i < width; i++) {
        for (int j = 0; j < height; j++) {
            JoxColor color = colors[p];
            printf("pixel: %f, %f, %f, %f\n", color.r, color.g, color.b, color.a);
        }
    }
}

所以我希望在你的环境里，这段代码也能顺利运行。

回答于 2025-04-16 由 Python大师

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