CFFI基础教程

小蓝 • 2024-12-31 11:49 • 编程

如果你是Python工程师，那么想必你一定对Python代码的执行速度比较烦恼，因为它的速度相对较慢。不过，有一种工具可以帮助我们提高Python代码的执行速度，那就是CFFI。

CFFI是外部C代码的Python接口，在安全的情况下提高了Python程序的速度。

一、什么是CFFI

CFFI的全称是C Foreign Function Interface。它提供了一个通用的Python模块，用于与C语言进行交互。其主要功能包含以下几个方面：

允许Python代码调用C语言中的函数
允许C语言中的函数调用Python代码
提供C数据类型，用于和Python中的对象进行交互
提供了安全的指针类型以及内存管理工具

通过使用CFFI，开发者可以轻松地将Python和C代码联系起来。在具体使用上，CFFI提供了三个接口供开发者使用：

Python API：该接口提供了直接调用CFFI的Python函数的方法；
ABI API：该接口提供了一些底层函数，以方便自己在C代码中编写CFFI代码；
API开发人员：该接口提供了一个可以将Python代码导出为Python的扩展模块的工具。

二、CFFI的优势

CFFI的主要优势是提供了与C语言进行交互的工具，并且在安全的情况下提高了Python程序的速度。在Python程序中使用CFFI，我们可以从以下两个方面获得优势：

效率提高了不少：使用CFFI编写的代码可以比使用Python编写的代码快2-10倍；
代码的可读性和可维护性：使用CFFI编写代码可以让程序员接触到C语言，提高他们的编程能力。

三、CFFI使用案例

接下来我们将通过一个简单的案例来介绍CFFI的使用方法。

案例背景

假如你正在开发一个Python程序，这个程序要在本地机器上使用一些C代码。为此你需要编写一个模块，使用该模块可以实现Python和C代码之间的交互。

模块创建

创建一个新的文件，命名为my_module.py，接着我们开始编写我们的Python代码。我们需要安装CFFI库，在安装完成后 import cffi 来导入需要使用的类。


    import cffi

    ffi = cffi.FFI()

接下来，我们需要指定C代码的头文件：


    ffi.cdef("""
        int printf(const char *format, ...);
    """)

然后，就可以调用C语言的函数了，示例代码如下：


    lib = ffi.dlopen(None)
    lib.printf(b"Hello, %s!\n", b"world")

这段代码首先使用 dlopen 函数从库中加载函数。然后，使用 C 函数的名字加上使用 Python 数据的正确类型作为参数，对该函数进行调用。在这个例子里面，我们使用了 printf。

CFFI不仅可以用来调用 C 语言的函数，还可以用于实现 C 语言的函数。如果想实现一个类似上面的 printf 的函数，示例代码如下：


    ffi.cdef("""
        int my_printf(const char *format, ...);
    """)

    lib = ffi.verify("""
        #include 

        int my_printf(const char *format, ...)
        {
            va_list args;
            int count;
            va_start(args, format);
            count = vprintf(format, args);
            va_end(args);
            return count;
        }
    """)
    lib.my_printf(b"Hello, %s!\n", b"world")

这里，我们使用 verify 函数编译和构建 C 代码，生成一个 .so 或 .dll 文件，构建完成后可以直接调用 my_printf 函数。

总结

在使用 Python 编写高效代码时，使用 CFFI 是一个不错的选择。CFFI 可以将任意 C 代码转换成 Python 模块，为 Python 程序员提供了更高的灵活性和可定制性。

文章代码示例：


    import cffi

    ffi = cffi.FFI()

    #指定C代码的头文件
    ffi.cdef("""
        int printf(const char *format, ...);
    """)

    #调用C语言的函数
    lib = ffi.dlopen(None)
    lib.printf(b"Hello, %s!\n", b"world")

    #实现 C 语言的函数
    ffi.cdef("""
        int my_printf(const char *format, ...);
    """)

    lib = ffi.verify("""
        #include 

        int my_printf(const char *format, ...)
        {
            va_list args;
            int count;
            va_start(args, format);
            count = vprintf(format, args);
            va_end(args);
            return count;
        }
    """)
    lib.my_printf(b"Hello, %s!\n", b"world")

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