Ошибки при связывании C кода с Python: практические решения и советы

Расширенные примеры и редкие случаи

// example_struct.c
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

typedef struct {
    int id;
    char name[50];
    double values[3];
} Record;

Record* create_record(int id, const char* name, double v1, double v2, double v3) {
    Record* rec = (Record*)malloc(sizeof(Record));
    rec->id = id;
    strncpy(rec->name, name, 49);
    rec->values[0] = v1;
    rec->values[1] = v2;
    rec->values[2] = v3;
    return rec;
}

void free_record(Record* rec) { free(rec); }

# python_struct.py – работа со структурами через ctypes
import ctypes

class Record(ctypes.Structure):
    _fields_ = [
        ("id", ctypes.c_int),
        ("name", ctypes.c_char * 50),
        ("values", ctypes.c_double * 3)
    ]

lib = ctypes.CDLL("./libstruct.so")
lib.create_record.argtypes = [ctypes.c_int, ctypes.c_char_p, ctypes.c_double, ctypes.c_double, ctypes.c_double]
lib.create_record.restype = ctypes.POINTER(Record)
lib.free_record.argtypes = [ctypes.POINTER(Record)]
lib.free_record.restype = None

ptr = lib.create_record(42, b"Alice", 1.1, 2.2, 3.3)
print(ptr.contents.id, ptr.contents.name, ptr.contents.values[:])
lib.free_record(ptr)

42 b'Alice' [1.1, 2.2, 3.3]

# python_cffi_struct.py – то же самое через CFFI
from cffi import FFI

ffi = FFI()
ffi.cdef("""
    typedef struct {
        int id;
        char name[50];
        double values[3];
    } Record;
    Record* create_record(int id, const char* name, double v1, double v2, double v3);
    void free_record(Record* rec);
""")
lib = ffi.dlopen("./libstruct.so")

rec_ptr = lib.create_record(42, "Bob", 4.4, 5.5, 6.6)
print(rec_ptr.id)  # доступ к полям напрямую
print(ffi.string(rec_ptr.name))
print(rec_ptr.values)
lib.free_record(rec_ptr)

42
b'Bob'
(<cdata 'double *' 0x...>, 3) – для печати надо преобразовать

# python_cython_struct.pyx – Cython обёртка для той же структуры
cdef extern from "struct.h":
    ctypedef struct Record:
        int id
        char name[50]
        double values[3]
    Record* create_record(int id, const char* name, double v1, double v2, double v3)
    void free_record(Record* rec)

def make_record(int id, name, double v1, double v2, double v3):
    cdef Record* ptr = create_record(id, name.encode(), v1, v2, v3)
    try:
        return (ptr.id, ptr.name, [ptr.values[i] for i in range(3)])
    finally:
        free_record(ptr)

# Использование errno из C в Python через ctypes
import ctypes
import os

libc = ctypes.CDLL(None)  # загружаем libc
# Например, открытие несуществующего файла
libc.open(b"nonexistent.txt", 0)  # возвращает -1
errno = ctypes.get_errno()
print(f"Ошибка {errno}: {os.strerror(errno)}")

Ошибка 2: No such file or directory

# Передача callback-функции из Python в C (qsort)
import ctypes

libc = ctypes.CDLL(None)
# int compare(const void* a, const void* b)
CMPFUNC = ctypes.CFUNCTYPE(ctypes.c_int, ctypes.POINTER(ctypes.c_int), ctypes.POINTER(ctypes.c_int))

def py_compare(a, b):
    return a[0] - b[0]

cmp_func = CMPFUNC(py_compare)

arr = (ctypes.c_int * 5)(5, 3, 1, 4, 2)
libc.qsort(arr, len(arr), ctypes.sizeof(ctypes.c_int), cmp_func)
print(list(arr))

[1, 2, 3, 4, 5]

# Многопоточность и GIL: Cython с nogil
# Доступно только в Cython
cdef extern from "stdlib.h" nogil:
    void sleep_c(int seconds)

def thread_safe_sleep(seconds):
    with nogil:
        sleep_c(seconds)