将Numpy数组传递给C函数作为输入和输出

Question

哦，我真是个傻瓜。 我在调用函数时，竟然把第二和第三个参数给省略了。 真是个傻瓜。 因为我就是这样的人。 下面是我最初的傻问题：

这看起来应该是个很常见的事情，但我找不到相关的教程，而我对 Numpy 和 ctypes 了解得太少，自己也搞不明白。

我有一个 C 语言的函数，保存在文件 ctest.c 中。

#include <stdio.h>

void cfun(const void * indatav, int rowcount, int colcount, void * outdatav) {
    //void cfun(const double * indata, int rowcount, int colcount, double * outdata) {
    const double * indata = (double *) indatav;
    double * outdata = (double *) outdatav;
    int i;
    puts("Here we go!");
    for (i = 0; i < rowcount * colcount; ++i) {
        outdata[i] = indata[i] * 2;
    }
    puts("Done!");
}

（你可能猜到了，我最开始把参数写成 double * 而不是 void *，但我不知道在 Python 这边该怎么处理。我当然希望能改回去，但只要能工作就行。）

我把它做成了一个共享库。 gcc -fPIC -shared -o ctest.so ctest.c

然后在 Python 中，我有几个 numpy 数组，我想把它们传给 C 函数，一个作为输入，一个作为输出。

indata = numpy.ones((5,6), dtype=numpy.double)
outdata = numpy.zeros((5,6), dtype=numpy.double)
lib = ctypes.cdll.LoadLibrary('./ctest.so')
fun = lib.cfun
# Here comes the fool part.
fun(ctypes.c_void_p(indata.ctypes.data), ctypes.c_void_p(outdata.ctypes.data))

print 'indata: %s' % indata
print 'outdata: %s' % outdata

这没有报错，但输出结果是

>>> Here we go!
Done!
indata: [[ 1.  1.  1.  1.  1.  1.]
 [ 1.  1.  1.  1.  1.  1.]
 [ 1.  1.  1.  1.  1.  1.]
 [ 1.  1.  1.  1.  1.  1.]
 [ 1.  1.  1.  1.  1.  1.]]
outdata: [[ 0.  0.  0.  0.  0.  0.]
 [ 0.  0.  0.  0.  0.  0.]
 [ 0.  0.  0.  0.  0.  0.]
 [ 0.  0.  0.  0.  0.  0.]
 [ 0.  0.  0.  0.  0.  0.]]

输出数据的数组没有被修改。实际上，如果我再调用这个函数，就会出现段错误（segfault）。这让我并不惊讶——我真的不知道自己在做什么。有人能给我指条明路吗？

Answer 1

虽然这不是直接回答你最初问题的方法，但这里有一个更方便的方式来调用你的函数。首先，按照普通C语言的方式来定义你的C函数的原型。因为你不需要单独处理rowcount和colcount这两个参数，所以我把它们合并成一个size参数：

void cfun(const double *indatav, size_t size, double *outdatav) 
{
    size_t i;
    for (i = 0; i < size; ++i)
        outdatav[i] = indatav[i] * 2.0;
}

接下来，以以下方式定义ctypes的原型：

import ctypes
from numpy.ctypeslib import ndpointer
lib = ctypes.cdll.LoadLibrary("./ctest.so")
fun = lib.cfun
fun.restype = None
fun.argtypes = [ndpointer(ctypes.c_double, flags="C_CONTIGUOUS"),
                ctypes.c_size_t,
                ndpointer(ctypes.c_double, flags="C_CONTIGUOUS")]

这样调用你的函数就会变得非常方便：

indata = numpy.ones((5,6))
outdata = numpy.empty((5,6))
fun(indata, indata.size, outdata)

你还可以定义一个包装函数，让这变得更方便：

def wrap_fun(indata, outdata):
    assert indata.size == outdata.size
    fun(indata, indata.size, outdata)

Answer 2

只需要把所有四个参数都传给C语言的函数。把你的Python代码从：

fun(ctypes.c_void_p(indata.ctypes.data), ctypes.c_void_p(outdata.ctypes.data))

改成：

fun(ctypes.c_void_p(indata.ctypes.data), ctypes.c_int(5), ctypes.c_int(6),
    ctypes.c_void_p(outdata.ctypes.data))