Python的進步: ctypes

石器時代

在很久很久以前，想要擴充Python要使用API來包裝成Python可用的模組才可以，面對囉唆的一堆C API是一件痛苦的事，接著，進入了石器時代，人們開始使用工具，出現了SWIG、boost::python等，讓擴充Python變成一件更簡單的事情，但是即使是如此，這還是笨重的方法，產生了笨重的二進制檔，笨重的編譯工作，對於只是要將c語言的library擴充給Python使用而言這還不夠好，接著，終於有了進化，ctypes出現了，人們想說，與其做出pyd來給python使用這種多此一舉的事情，東西就在那裡，dll就在那裡，為何不能直接使用呢? ctypes的目的就是讓Python可以直接操做c語言寫的dll，這是一個大躍進，到了python2.5 ctypes還成為了標準的模組之一，這表示新的時代的到來

對ctypes的懷疑

相對於熟悉的事物，面對類似性質但是不同的事物時，總難免有多少疑惑，我在一開始也懷疑這樣能做到什麼地步? 但是在看了它的文件後我瞭解到，大部份dll使用ctypes都可以應用得很好，像是我擔心的callback，ctypes一樣可以提供方法來把python的函數包裝成c語言的callback丟給c語言的dll，運作得很好，其中我最擔心的是多緒的問題，因為有些callback是從其它thread呼叫的，因此如果沒考慮到multi-thread問題的話，callback就廢一半了，但是它一樣也考慮很週到，即使是從不同thread呼叫的python callback，也一樣可以運作得很好 舉個例子

DSPPROC = WINFUNCTYPE(None, HDSP, DWORD, c_void_p, DWORD, c_void_p)

在有了c語言函數的原形建立後，我們就可以使用它來包裝python的函數丟給c語言的dll處理

print BASS_Init(-1, 44100, 0, 0, 0)

stream = BASS_StreamCreateFile(False, 'c:\god know.mp3', 0, 0, 0)
print stream

def dspProc(handle, channel, buffer, length, user):
    print handle, channel, buffer, length, user

cDspProc = DSPPROC(dspProc)
print BASS_ChannelSetDSP(stream, cDspProc, None, 0)
BASS_ChannelPlay(stream, False)
raw_input()

值得注意的是，因為Python有reference counter，也就是說，當沒有變數指向某個物件時，那個物件可能就會被回收，因此如果我們這樣寫

BASS_ChannelSetDSP(stream, DSPPROC(dspProc), None, 0)

Oops，恭喜你，你的程式很可能隨時會當掉，因為暫時的變數在被回收後，那塊記憶體就不再是c語言的函數，裡面可能塞了一些亂七八糟的東西，你的dll一呼叫那函數，遇到了些亂七八糟的東西會當掉也不是什麼奇怪的事，因此寫ctypes時，必須同時使用Python和C語言的觀點來看，舉另一個例子，如果某個C語言的API的文件上寫到，你傳進來的字串它不會copy，只會留著它的指標，在完成之前那個指標應該都還是要為有效的，這時，你就必須在python用一個變數一直保持著reference到產生出來的c語言字串記憶體空間，防止它被回收

除了callback以外，你可能會想到: “阿，那struct和union怎麼辦?” ，ctypes一樣有辦法，以下就是一個例子

class BASS_INFO(Structure):
    _fields_ = [
        ("flags", DWORD),
        ("hwsize", DWORD),
        ("hwfree", DWORD),
        ("freesam", DWORD),
        ("free3d", DWORD),
        ("minrate", DWORD),
        ("maxrate", DWORD),
        ("eax", BOOL),
        ("minbuf", DWORD),
        ("dsver", DWORD),
        ("latency", DWORD),
        ("initflags", DWORD),
        ("speakers", DWORD),
        ("freq", DWORD),
    ]

下一個時代的進步

人們總是覺得，事情還可以更好，事情只成功一半，用手寫ctypes是件很痛苦的事情，看著c語言的header檔複製、貼上、修改的無限迴圈，再也沒有比這個還無聊的事情，電腦的發明就是要解決問題，重覆性如此高和有規則的工作不應該浪費保貴的人力，因此，下一步就是c語言header的parser，理想的狀況是，可以自動parse c語言的header然後產生相對應的python ctypes寫的binding module，如果做到這個地步代表了什麼? 這意味著，Python能用的資源，從本來的常見module一下子突然擴大到了所有的c語言寫的library，這是多麼偉大的進步

再也沒有什麼比實例更重要了

我使用ctypes的目的在於寫BASS的python binding，BASS是一套audio library，因為它沒提供Python的binding，所以我只好自己寫，在無聊的複製貼上過程中，我有試著想過寫parser來自動化完成我的工作，但是c語言的parser已經複雜到了一個地步，如果要寫出那樣的parser，會比我直接用手寫還來得麻煩，所以就沒有繼續研究

BASS binding運作得很好，有興趣的朋友可以參考看看

pybass
pybassmix