用Python包装C库：C、Cython还是ctypes？

Question

我想从Python应用程序调用C库。我不想包装整个API，只想包装与我的案例相关的函数和数据类型。在我看来，我有三个选择：

1. 在C语言中创建一个实际的扩展模块。可能有点过头了，我还想避免学习扩展编写的开销。
2. 使用Cython将C库中的相关部分公开给Python。
3. 在Python中完成整个工作，使用^{}与外部库通信。

我不确定是2）还是3）是更好的选择。3）的优点是ctypes是标准库的一部分，生成的代码将是纯Python——尽管我不确定这种优点到底有多大。

两种选择有更多的优点/缺点吗？你推荐哪种方法？

---

编辑：感谢您的回答，它们为任何想做类似事情的人提供了一个很好的资源。当然，这个决定还是要对一个案子做出的，没有人会回答“这是正确的事情”。对于我自己的情况，我可能会使用ctypes，但我也期待在其他项目中试用Cython。

由于没有一个真正的答案，接受一个答案有点武断；我选择了FogleBird的答案，因为它提供了对ctypes的一些很好的洞察，而且它也是目前投票率最高的答案。然而，我建议阅读所有的答案，以获得一个良好的概述。

再次感谢。

Answer 1

ctypes是您快速完成任务的最佳选择，在您仍在编写Python时与之合作是一种乐趣！

我最近包装了一个FTDI驱动程序，用于使用ctypes与USB芯片通信，非常棒。我在不到一个工作日的时间里完成了所有的工作。（我只实现了我们需要的功能，大约15个功能）。

我们以前使用第三方模块PyUSB也是为了同样的目的。PyUSB是一个实际的C/Python扩展模块。但是PyUSB在阻塞读写时并没有释放GIL，这给我们带来了问题。所以我使用ctypes编写了我们自己的模块，它在调用本机函数时释放GIL。

需要注意的一点是，ctypes不会知道您正在使用的库中的#define常量和内容，只知道函数，因此您必须在自己的代码中重新定义这些常量。

下面是一个代码的最终外观示例（很多代码被剪掉了，只是想向您展示它的要点）：

from ctypes import *

d2xx = WinDLL('ftd2xx')

OK = 0
INVALID_HANDLE = 1
DEVICE_NOT_FOUND = 2
DEVICE_NOT_OPENED = 3

...

def openEx(serial):
    serial = create_string_buffer(serial)
    handle = c_int()
    if d2xx.FT_OpenEx(serial, OPEN_BY_SERIAL_NUMBER, byref(handle)) == OK:
        return Handle(handle.value)
    raise D2XXException

class Handle(object):
    def __init__(self, handle):
        self.handle = handle
    ...
    def read(self, bytes):
        buffer = create_string_buffer(bytes)
        count = c_int()
        if d2xx.FT_Read(self.handle, buffer, bytes, byref(count)) == OK:
            return buffer.raw[:count.value]
        raise D2XXException
    def write(self, data):
        buffer = create_string_buffer(data)
        count = c_int()
        bytes = len(data)
        if d2xx.FT_Write(self.handle, buffer, bytes, byref(count)) == OK:
            return count.value
        raise D2XXException

有人做了各种选择。

如果我不得不用大量的类/模板来包装C++库，我可能会更加犹豫，但是cType与结构非常好，甚至可以将{a4}导入到Python中。