ctypes — Bibliothèque Python d'appels à des fonctions externes


ctypes est une bibliothèque d'appel à des fonctions externes en python. Elle fournit des types de données compatibles avec le langage C et permet d'appeler des fonctions depuis des DLL ou des bibliothèques partagées, rendant ainsi possible l'interfaçage de ces bibliothèques avec du pur code Python.

Didacticiel de ctypes

Remarque : Les exemples de code de ce didacticiel utilisent doctest pour s'assurer de leur propre bon fonctionnement. Vu que certains de ces exemples ont un comportement différent en Linux, Windows ou Mac OS X, ils contiennent des directives doctest dans les commentaires.

Remarque : Le type c_int du module apparaît dans certains de ces exemples. Sur les plates-formes où sizeof(long) == sizeof(int), ce type est un alias de c_long. Ne soyez donc pas surpris si c_long s'affiche là où vous vous attendiez à c_int — il s'agit bien du même type.

Accès aux fonctions des DLL chargées

Les fonctions sont alors des attributs des objets DLL :

>>> from ctypes import *
>>> libc.printf
<_FuncPtr object at 0x...>
>>> print(windll.kernel32.GetModuleHandleA)  
<_FuncPtr object at 0x...>
>>> print(windll.kernel32.MyOwnFunction)     
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "ctypes.py", line 239, in __getattr__
    func = _StdcallFuncPtr(name, self)
AttributeError: function 'MyOwnFunction' not found
>>>

Les DLL des systèmes win32 comme kernel32 et user32 exportent souvent une version ANSI et une version UNICODE d'une fonction. La version UNICODE est exportée avec un W à la fin, et la version ANSI avec un A. La fonction win32 GetModuleHandle, qui renvoie un gestionnaire de module à partir de son nom, a le prototype C suivant (c'est une macro qui décide d'exporter l'une ou l'autre à travers GetModuleHandle, selon qu'UNICODE est définie ou non) :

/* ANSI version */
HMODULE GetModuleHandleA(LPCSTR lpModuleName);
/* UNICODE version */
HMODULE GetModuleHandleW(LPCWSTR lpModuleName);

windll n'en choisit pas une par magie, il faut accéder à la bonne en écrivant explicitement GetModuleHandleA ou GetModuleHandleW et en les appelant ensuite avec des objets octets ou avec des chaînes de caractères, respectivement.

Les DLL exportent parfois des fonctions dont les noms ne sont pas des identifiants Python valides, comme "??2@YAPAXI@Z". Dans ce cas, il faut utiliser getattr() pour accéder à la fonction :

>>> getattr(cdll.msvcrt, "??2@YAPAXI@Z")  
<_FuncPtr object at 0x...>
>>>

Sous Windows, certaines DLL exportent des fonctions à travers un indice plutôt qu'à travers un nom. On accède à une fonction en indiçant l'objet DLL avec son index :

>>> cdll.kernel32[1]  
<_FuncPtr object at 0x...>
>>> cdll.kernel32[0]  
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "ctypes.py", line 310, in __getitem__
    func = _StdcallFuncPtr(name, self)
AttributeError: function ordinal 0 not found
>>>

Appel de fonctions

Ces fonctions s'appellent comme n'importe quel appelable Python. Cet exemple utilise la fonction time(), qui renvoie le temps en secondes du système depuis l'epoch Unix, et la fonction GetModuleHandleA(), qui renvoie un gestionnaire de module win32.

Cet exemple appelle les deux fonctions avec un pointeur NULL (on utilise None pour passer un pointeur NULL) :

>>> print(libc.time(None))  
1150640792
>>> print(hex(windll.kernel32.GetModuleHandleA(None)))  
0x1d000000
>>>

Une ValueError est levée quand on appelle une fonction stdcall avec la convention d'appel cdecl et vice-versa :

>>> cdll.kernel32.GetModuleHandleA(None)  
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: Procedure probably called with not enough arguments (4 bytes missing)
>>>

>>> windll.msvcrt.printf(b"spam")  
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: Procedure probably called with too many arguments (4 bytes in excess)
>>>

Pour déterminer la convention d'appel, il faut consulter l'en-tête C ou la documentation de la fonction à appeler.

En Windows, ctypes tire profit de la gestion structurée des exceptions (structured exception handling) win32 pour empêcher les plantages dus à des interruptions, afin de préserver la protection globale (general protection faults) du système, lorsque des fonctions sont appelées avec un nombre incorrect d'arguments :

>>> windll.kernel32.GetModuleHandleA(32)  
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
OSError: exception: access violation reading 0x00000020
>>>

Cependant, il y a suffisamment de façons de faire planter Python avec ctypes, donc il faut être prudent dans tous les cas. Le module faulthandler est pratique pour déboguer les plantages (p. ex. dus à des erreurs de segmentation produites par des appels erronés à la bibliothèque C).

None, les entiers, les objets octets et les chaînes de caractères (Unicode) sont les seuls types natifs de Python qui peuvent être directement passés en paramètres de ces appels de fonctions. None est passé comme le pointeur C NULL, les objets octets et les chaînes de caractères sont passés comme un pointeur sur le bloc mémoire qui contient la donnée (char * ou wchar_t *). Les entiers Python sont passés comme le type C int par défaut de la plate-forme, un masque étant appliqué pour qu'ils tiennent dans le type C.

Avant de poursuivre sur l'appel de fonctions avec d'autres types de paramètres, apprenons-en un peu plus sur les types de données de ctypes.

Types de données fondamentaux

ctypes définit plusieurs types de donnée de base compatibles avec le C :

Types de ctypes

Type C

Type Python

c_bool

_Bool

bool (1)

c_char

char

objet octet (bytes) de 1 caractère

c_wchar

wchar_t

chaîne de caractères (string) de longueur 1

c_byte

char

int

c_ubyte

unsigned char

int

c_short

short

int

c_ushort

unsigned short

int

c_int

int

int

c_uint

unsigned int

int

c_long

long

int

c_ulong

unsigned long

int

c_longlong

__int64 ou long long

int

c_ulonglong

unsigned __int64 ou unsigned long long

int

c_size_t

size_t

int

c_ssize_t

ssize_t ou Py_ssize_t

int

c_float

float

float

c_double

double

float

c_longdouble

long double

float

c_char_p

char * (terminé par NUL)

objet octet (bytes) ou None

c_wchar_p

wchar_t * (terminé par NUL)

chaîne de caractères (string) ou None

c_void_p

void *

int ou None

  1. Le constructeur accepte n'importe quel objet convertible en booléen.

Il est possible de créer chacun de ces types en les appelant avec une valeur d'initialisation du bon type et avec une valeur cohérente :

>>> c_int()
c_long(0)
>>> c_wchar_p("Hello, World")
c_wchar_p(140018365411392)
>>> c_ushort(-3)
c_ushort(65533)
>>>

Ces types étant des muables, leur valeur peut aussi être modifiée après coup :

>>> i = c_int(42)
>>> print(i)
c_long(42)
>>> print(i.value)
42
>>> i.value = -99
>>> print(i.value)
-99
>>>

Affecter une nouvelle valeur à une instance de type pointeur — c_char_p, c_wchar_p et c_void_p — change la zone mémoire sur laquelle elle pointe, et non le contenu de ce bloc mémoire (c'est logique parce que les objets octets sont immuables en Python) :

>>> s = "Hello, World"
>>> c_s = c_wchar_p(s)
>>> print(c_s)
c_wchar_p(139966785747344)
>>> print(c_s.value)
Hello World
>>> c_s.value = "Hi, there"
>>> print(c_s)              # the memory location has changed
c_wchar_p(139966783348904)
>>> print(c_s.value)
Hi, there
>>> print(s)                # first object is unchanged
Hello, World
>>>

Cependant, prenez garde à ne pas en passer à des fonctions qui prennent en paramètre des pointeurs sur de la mémoire modifiable. S'il vous faut de la mémoire modifiable, ctypes fournit la fonction create_string_buffer() qui en crée de plusieurs façons. L'attribut raw permet d'accéder à (ou de modifier) un bloc mémoire ; l'attribut value permet d'y accéder comme à une chaîne de caractères terminée par NUL :

>>> from ctypes import *
>>> p = create_string_buffer(3)            # create a 3 byte buffer, initialized to NUL bytes
>>> print(sizeof(p), repr(p.raw))
3 b'\x00\x00\x00'
>>> p = create_string_buffer(b"Hello")     # create a buffer containing a NUL terminated string
>>> print(sizeof(p), repr(p.raw))
6 b'Hello\x00'
>>> print(repr(p.value))
b'Hello'
>>> p = create_string_buffer(b"Hello", 10) # create a 10 byte buffer
>>> print(sizeof(p), repr(p.raw))
10 b'Hello\x00\x00\x00\x00\x00'
>>> p.value = b"Hi"
>>> print(sizeof(p), repr(p.raw))
10 b'Hi\x00lo\x00\x00\x00\x00\x00'
>>>

La fonction create_string_buffer() remplace les fonctions c_buffer() (qui en reste un alias) et c_string() des versions antérieures de ctypes. La fonction create_unicode_buffer() crée un bloc mémoire modifiable contenant des caractères Unicode du type C wchar_t.

Appel de fonctions, suite

printf utilise la vraie sortie standard, et non sys.stdout ; les exemples suivants ne fonctionnent donc que dans une invite de commande et non depuis IDLE or PythonWin :

>>> printf = libc.printf
>>> printf(b"Hello, %s\n", b"World!")
Hello, World!
14
>>> printf(b"Hello, %S\n", "World!")
Hello, World!
14
>>> printf(b"%d bottles of beer\n", 42)
42 bottles of beer
19
>>> printf(b"%f bottles of beer\n", 42.5)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ArgumentError: argument 2: exceptions.TypeError: Don't know how to convert parameter 2
>>>

Comme mentionné plus haut, tous les types Python (les entiers, les chaînes de caractères et les objets octet exceptés) doivent être encapsulés dans leur type ctypes correspondant pour pouvoir être convertis dans le type C requis :

>>> printf(b"An int %d, a double %f\n", 1234, c_double(3.14))
An int 1234, a double 3.140000
31
>>>

Appel de fonctions avec des types de données personnalisés

Il est possible de personnaliser la conversion des arguments effectuée par ctypes pour permettre de passer en argument des instances de vos propres classes. ctypes recherche un attribut _as_parameter_ et le prend comme argument à la fonction. Bien entendu, cet attribut doit être un entier, une chaîne de caractères ou des octets :

>>> class Bottles:
...     def __init__(self, number):
...         self._as_parameter_ = number
...
>>> bottles = Bottles(42)
>>> printf(b"%d bottles of beer\n", bottles)
42 bottles of beer
19
>>>

Si vous ne souhaitez pas stocker les données de l'instance dans la variable _as_parameter_ de l'instance, vous pouvez toujours définir une propriété qui rend cet attribut disponible sur demande.

Définition du type des arguments nécessaires (prototypes de fonction)

Il est possible de définir le type des arguments demandés par une fonction exportée depuis une DLL en définissant son attribut argtypes.

argtypes doit être une séquence de types de données C (la fonction printf n'est probablement pas le meilleur exemple pour l'illustrer, car elle accepte un nombre variable d'arguments de types eux aussi variables, selon la chaîne de formatage ; cela dit, elle se révèle pratique pour tester cette fonctionnalité) :

>>> printf.argtypes = [c_char_p, c_char_p, c_int, c_double]
>>> printf(b"String '%s', Int %d, Double %f\n", b"Hi", 10, 2.2)
String 'Hi', Int 10, Double 2.200000
37
>>>

Définir un format empêche de passer des arguments de type incompatible (comme le fait le prototype d'une fonction C) et tente de convertir les arguments en des types valides :

>>> printf(b"%d %d %d", 1, 2, 3)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ArgumentError: argument 2: exceptions.TypeError: wrong type
>>> printf(b"%s %d %f\n", b"X", 2, 3)
X 2 3.000000
13
>>>

Pour appeler une fonction avec votre propre classe définie dans la séquence argtypes, il est nécessaire d'implémenter une méthode de classe from_param(). La méthode de classe from_param() récupère l'objet Python passé à la fonction et doit faire une vérification de type ou tout ce qui est nécessaire pour s'assurer que l'objet est valide, puis renvoie l'objet lui-même, son attribut _as_parameter_, ou tout ce que vous voulez passer comme argument fonction C dans ce cas. Encore une fois, il convient que le résultat soit un entier, une chaîne, des octets, une instance ctypes ou un objet avec un attribut _as_parameter_.

Types de sortie

Le module suppose que toutes les fonctions renvoient par défaut un int C. Pour préciser un autre type de sortie, il faut définir l'attribut restype de l'objet encapsulant la fonction.

Voici un exemple plus poussé. Celui-ci utilise la fonction strchr, qui prend en paramètres un pointeur vers une chaîne et un caractère. Elle renvoie un pointeur sur une chaîne de caractères :

>>> strchr = libc.strchr
>>> strchr(b"abcdef", ord("d"))  
8059983
>>> strchr.restype = c_char_p    # c_char_p is a pointer to a string
>>> strchr(b"abcdef", ord("d"))
b'def'
>>> print(strchr(b"abcdef", ord("x")))
None
>>>

Pour économiser l'appel ord("x"), il est possible de définir l'attribut argtypes ; le second argument, un objet octet à un seul caractère, sera automatiquement converti en un caractère C :

>>> strchr.restype = c_char_p
>>> strchr.argtypes = [c_char_p, c_char]
>>> strchr(b"abcdef", b"d")
'def'
>>> strchr(b"abcdef", b"def")
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ArgumentError: argument 2: exceptions.TypeError: one character string expected
>>> print(strchr(b"abcdef", b"x"))
None
>>> strchr(b"abcdef", b"d")
'def'
>>>

Si la fonction à interfacer renvoie un entier, l'attribut restype peut aussi être un appelable (une fonction ou une classe par exemple). Dans ce cas, l'appelable sera appelé avec l'entier renvoyé par la fonction et le résultat de cet appel sera le résultat final de l'appel à la fonction. C'est pratique pour vérifier les codes d'erreurs des valeurs de retour et lever automatiquement des exceptions :

>>> GetModuleHandle = windll.kernel32.GetModuleHandleA  
>>> def ValidHandle(value):
...     if value == 0:
...         raise WinError()
...     return value
...
>>>
>>> GetModuleHandle.restype = ValidHandle  
>>> GetModuleHandle(None)  
486539264
>>> GetModuleHandle("something silly")  
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 3, in ValidHandle
OSError: [Errno 126] The specified module could not be found.
>>>

WinError appelle l'API Windows FormatMessage() pour obtenir une représentation de la chaîne de caractères qui correspond au code d'erreur, et renvoie une exception. WinError prend en paramètre — optionnel — le code d'erreur. Si celui-ci n'est pas passé, elle appelle GetLastError() pour le récupérer.

Notez cependant que l'attribut errcheck permet de vérifier bien plus efficacement les erreurs ; référez-vous au manuel de référence pour plus de précisions.

Passage de pointeurs (passage de paramètres par référence)

Il arrive qu'une fonction C du code à interfacer requière un pointeur vers un certain type de donnée en paramètre, typiquement pour écrire à l'endroit correspondant ou si la donnée est trop grande pour pouvoir être passée par valeur. Ce mécanisme est appelé passage de paramètres par référence.

ctypes contient la fonction byref() qui permet de passer des paramètres par référence. La fonction pointer() a la même utilité, mais fait plus de travail car pointer() construit un véritable objet pointeur. Ainsi, si vous n'avez pas besoin de cet objet dans votre code Python, utiliser byref() est plus performant :

>>> i = c_int()
>>> f = c_float()
>>> s = create_string_buffer(b'\000' * 32)
>>> print(i.value, f.value, repr(s.value))
0 0.0 b''
>>> libc.sscanf(b"1 3.14 Hello", b"%d %f %s",
...             byref(i), byref(f), s)
3
>>> print(i.value, f.value, repr(s.value))
1 3.1400001049 b'Hello'
>>>

Structures et unions

Les structures et les unions doivent hériter des classes de base Structure et Union définies dans le module ctypes. Chaque sous-classe doit définir un attribut _fields_. _fields_ doit être une liste de paires, contenant un nom de champ et un type de champ.

Le type de champ doit être un type ctypes comme c_int ou un type ctypes dérivé : structure, union, tableau ou pointeur.

Voici un exemple simple : une structure POINT qui contient deux entiers x et y et qui montre également comment instancier une structure avec le constructeur :

>>> from ctypes import *
>>> class POINT(Structure):
...     _fields_ = [("x", c_int),
...                 ("y", c_int)]
...
>>> point = POINT(10, 20)
>>> print(point.x, point.y)
10 20
>>> point = POINT(y=5)
>>> print(point.x, point.y)
0 5
>>> POINT(1, 2, 3)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: too many initializers
>>>

Il est bien entendu possible de créer des structures plus complexes. Une structure peut elle-même contenir d'autres structures en prenant une structure comme type de champ.

Voici une structure RECT qui contient deux POINTs upperleft et lowerright :

>>> class RECT(Structure):
...     _fields_ = [("upperleft", POINT),
...                 ("lowerright", POINT)]
...
>>> rc = RECT(point)
>>> print(rc.upperleft.x, rc.upperleft.y)
0 5
>>> print(rc.lowerright.x, rc.lowerright.y)
0 0
>>>

Une structure encapsulée peut être instanciée par un constructeur de plusieurs façons :

>>> r = RECT(POINT(1, 2), POINT(3, 4))
>>> r = RECT((1, 2), (3, 4))

Il est possible de récupérer les descripteurs des champs depuis la classe. Ils sont importants pour déboguer car ils contiennent des informations utiles :

>>> print(POINT.x)
<Field type=c_long, ofs=0, size=4>
>>> print(POINT.y)
<Field type=c_long, ofs=4, size=4>
>>>

Avertissement

ctypes ne prend pas en charge le passage par valeur des unions ou des structures avec des champs de bits. Bien que cela puisse fonctionner sur des architectures 32 bits avec un jeu d'instructions x86, ce n'est pas garanti par la bibliothèque en général. Les unions et les structures avec des champs de bits doivent toujours être passées par pointeur.

Alignement et boutisme des structures et des unions

By default, Structure and Union fields are aligned in the same way the C compiler does it. It is possible to override this behavior by specifying a _pack_ class attribute in the subclass definition. This must be set to a positive integer and specifies the maximum alignment for the fields. This is what #pragma pack(n) also does in MSVC.

ctypes suit le boutisme natif pour les Structure et les Union. Pour construire des structures avec un boutisme différent, utilisez les classes de base BigEndianStructure, LittleEndianStructure, BigEndianUnion ou LittleEndianUnion. Ces classes ne peuvent pas avoir de champ pointeur.

Champs de bits dans les structures et les unions

Il est possible de créer des structures et des unions contenant des champs de bits. Seuls les entiers peuvent être des champs de bits, le nombre de bits est défini dans le troisième champ du n-uplet _fields_ :

>>> class Int(Structure):
...     _fields_ = [("first_16", c_int, 16),
...                 ("second_16", c_int, 16)]
...
>>> print(Int.first_16)
<Field type=c_long, ofs=0:0, bits=16>
>>> print(Int.second_16)
<Field type=c_long, ofs=0:16, bits=16>
>>>

Tableaux

Les tableaux sont des séquences qui contiennent un nombre fixe d'instances du même type.

La meilleure façon de créer des tableaux consiste à multiplier le type de donnée par un entier positif :

TenPointsArrayType = POINT * 10

Voici un exemple — un peu artificiel — d'une structure contenant, entre autres, 4 POINTs :

>>> from ctypes import *
>>> class POINT(Structure):
...     _fields_ = ("x", c_int), ("y", c_int)
...
>>> class MyStruct(Structure):
...     _fields_ = [("a", c_int),
...                 ("b", c_float),
...                 ("point_array", POINT * 4)]
>>>
>>> print(len(MyStruct().point_array))
4
>>>

Comme d'habitude, on crée les instances en appelant la classe :

arr = TenPointsArrayType()
for pt in arr:
    print(pt.x, pt.y)

Le code précédent affiche une suite de 0 0 car le contenu du tableau est initialisé avec des zéros.

Des valeurs d'initialisation du bon type peuvent être passées :

>>> from ctypes import *
>>> TenIntegers = c_int * 10
>>> ii = TenIntegers(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10)
>>> print(ii)
<c_long_Array_10 object at 0x...>
>>> for i in ii: print(i, end=" ")
...
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
>>>

Pointeurs

On crée une instance de pointeur en appelant la fonction pointer() sur un type ctypes :

>>> from ctypes import *
>>> i = c_int(42)
>>> pi = pointer(i)
>>>

Les instances de pointeurs ont un attribut contents qui renvoie l'objet pointé (l'objet i ci-dessus) :

>>> pi.contents
c_long(42)
>>>

Attention, ctypes ne fait pas de ROI (retour de l'objet initial). Il crée un nouvel objet à chaque fois qu'on accède à un attribut :

>>> pi.contents is i
False
>>> pi.contents is pi.contents
False
>>>

Affecter une autre instance de c_int à l'attribut contents du pointeur fait pointer le pointeur vers l'adresse mémoire de cette nouvelle instance :

>>> i = c_int(99)
>>> pi.contents = i
>>> pi.contents
c_long(99)
>>>

Il est possible d'indexer les pointeurs par des entiers :

>>> pi[0]
99
>>>

Affecter à travers un indice change la valeur pointée :

>>> print(i)
c_long(99)
>>> pi[0] = 22
>>> print(i)
c_long(22)
>>>

Si vous êtes sûr de vous, vous pouvez utiliser d'autres valeurs que 0, comme en C : il est ainsi possible de modifier une zone mémoire de votre choix. De manière générale cette fonctionnalité ne s'utilise que sur un pointeur renvoyé par une fonction C, pointeur que vous savez pointer vers un tableau et non sur un seul élément.

Sous le capot, la fonction pointer() fait plus que simplement créer une instance de pointeur ; elle doit d'abord créer un type « pointeur sur… ». Cela s'effectue avec la fonction POINTER(), qui prend en paramètre n'importe quel type ctypes et renvoie un nouveau type :

>>> PI = POINTER(c_int)
>>> PI
<class 'ctypes.LP_c_long'>
>>> PI(42)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: expected c_long instead of int
>>> PI(c_int(42))
<ctypes.LP_c_long object at 0x...>
>>>

Appeler le pointeur sur type sans arguments crée un pointeur NULL. Les pointeurs NULL s'évaluent à False :

>>> null_ptr = POINTER(c_int)()
>>> print(bool(null_ptr))
False
>>>

ctypes vérifie que le pointeur n'est pas NULL quand il en déréférence un (mais déréférencer des pointeurs non NULL invalides fait planter Python) :

>>> null_ptr[0]
Traceback (most recent call last):
    ....
ValueError: NULL pointer access
>>>

>>> null_ptr[0] = 1234
Traceback (most recent call last):
    ....
ValueError: NULL pointer access
>>>

Conversions de type

En général, ctypes respecte un typage fort. Cela signifie que si un POINTER(c_int) est présent dans la liste des argtypes d'une fonction ou est le type d'un attribut membre dans une définition de structure, seules des instances de ce type seront valides. Cette règle comporte quelques exceptions pour lesquelles ctypes accepte d'autres objets. Par exemple il est possible de passer des instances de tableau à place de pointeurs, s'ils sont compatibles. Dans le cas de POINTER(c_int), ctypes accepte des tableaux de c_int :

>>> class Bar(Structure):
...     _fields_ = [("count", c_int), ("values", POINTER(c_int))]
...
>>> bar = Bar()
>>> bar.values = (c_int * 3)(1, 2, 3)
>>> bar.count = 3
>>> for i in range(bar.count):
...     print(bar.values[i])
...
1
2
3
>>>

De plus, si un paramètre de fonction est déclaré explicitement de type pointeur (comme POINTER(c_int)) dans les argtypes, il est aussi possible de passer un objet du type pointé — ici, c_int — à la fonction. ctypes appelle alors automatiquement la fonction de conversion byref().

Pour mettre un champ de type POINTER à NULL, il faut lui affecter None :

>>> bar.values = None
>>>

Parfois il faut gérer des incompatibilités entre les types. En C, il est possible de convertir un type en un autre. ctypes fournit la fonction cast() qui permet la même chose. La structure Bar ci-dessus accepte des pointeurs POINTER(c_int) ou des tableaux de c_int comme valeur pour le champ values, mais pas des instances d'autres types :

>>> bar.values = (c_byte * 4)()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: incompatible types, c_byte_Array_4 instance instead of LP_c_long instance
>>>

C'est là que la fonction cast() intervient.

La fonction cast() permet de convertir une instance de ctypes en un pointeur vers un type de données ctypes différent. cast() prend deux paramètres : un objet ctypes qui est, ou qui peut être converti en, un certain pointeur et un type pointeur de ctypes. Elle renvoie une instance du second argument, qui pointe sur le même bloc mémoire que le premier argument :

>>> a = (c_byte * 4)()
>>> cast(a, POINTER(c_int))
<ctypes.LP_c_long object at ...>
>>>

Ainsi, la fonction cast() permet de remplir le champ values de la structure Bar :

>>> bar = Bar()
>>> bar.values = cast((c_byte * 4)(), POINTER(c_int))
>>> print(bar.values[0])
0
>>>

Types incomplets

Un type incomplet est une structure, une union ou un tableau dont les membres ne sont pas encore définis. C'est l'équivalent d'une déclaration avancée en C, où la définition est fournie plus tard :

struct cell; /* forward declaration */

struct cell {
    char *name;
    struct cell *next;
};

Une traduction naïve, mais invalide, en code ctypes ressemblerait à ça :

>>> class cell(Structure):
...     _fields_ = [("name", c_char_p),
...                 ("next", POINTER(cell))]
...
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 2, in cell
NameError: name 'cell' is not defined
>>>

Cela ne fonctionne pas parce que la nouvelle class cell n'est pas accessible dans la définition de la classe elle-même. Dans le module ctypes, on définit la classe cell et on définira les _fields_ plus tard, après avoir défini la classe :

>>> from ctypes import *
>>> class cell(Structure):
...     pass
...
>>> cell._fields_ = [("name", c_char_p),
...                  ("next", POINTER(cell))]
>>>

Let's try it. We create two instances of cell, and let them point to each other, and finally follow the pointer chain a few times:

>>> c1 = cell()
>>> c1.name = "foo"
>>> c2 = cell()
>>> c2.name = "bar"
>>> c1.next = pointer(c2)
>>> c2.next = pointer(c1)
>>> p = c1
>>> for i in range(8):
...     print(p.name, end=" ")
...     p = p.next[0]
...
foo bar foo bar foo bar foo bar
>>>

Fonctions de rappel

ctypes permet de créer des pointeurs de fonctions appelables par des appelables Python. On les appelle parfois fonctions de rappel.

Tout d'abord, il faut créer une classe pour la fonction de rappel. La classe connaît la convention d'appel, le type de retour ainsi que le nombre et le type de paramètres que la fonction accepte.

La fabrique CFUNCTYPE() crée un type pour les fonctions de rappel qui suivent la convention d'appel cdecl. En Windows, c'est la fabrique WINFUNCTYPE() qui crée un type pour les fonctions de rappel qui suivent la convention d'appel stdcall.

Le premier paramètre de ces deux fonctions est le type de retour, et les suivants sont les types des arguments qu'attend la fonction de rappel.

Intéressons-nous à un exemple tiré de la bibliothèque standard C : la fonction qsort(). Celle-ci permet de classer des éléments par l'emploi d'une fonction de rappel. Nous allons utiliser qsort() pour ordonner un tableau d'entiers :

>>> IntArray5 = c_int * 5
>>> ia = IntArray5(5, 1, 7, 33, 99)
>>> qsort = libc.qsort
>>> qsort.restype = None
>>>

qsort() doit être appelée avec un pointeur vers la donnée à ordonner, le nombre d'éléments dans la donnée, la taille d'un élément et un pointeur vers le comparateur, c.-à-d. la fonction de rappel. Cette fonction sera invoquée avec deux pointeurs sur deux éléments et doit renvoyer un entier négatif si le premier élément est plus petit que le second, zéro s'ils sont égaux et un entier positif sinon.

Ainsi notre fonction de rappel reçoit des pointeurs vers des entiers et doit renvoyer un entier. Créons d'abord le type pour la fonction de rappel :

>>> CMPFUNC = CFUNCTYPE(c_int, POINTER(c_int), POINTER(c_int))
>>>

Pour commencer, voici une fonction de rappel simple qui affiche les valeurs qu'on lui passe :

>>> def py_cmp_func(a, b):
...     print("py_cmp_func", a[0], b[0])
...     return 0
...
>>> cmp_func = CMPFUNC(py_cmp_func)
>>>

Résultat :

>>> qsort(ia, len(ia), sizeof(c_int), cmp_func)  
py_cmp_func 5 1
py_cmp_func 33 99
py_cmp_func 7 33
py_cmp_func 5 7
py_cmp_func 1 7
>>>

À présent, comparons pour de vrai les deux entiers et renvoyons un résultat utile :

>>> def py_cmp_func(a, b):
...     print("py_cmp_func", a[0], b[0])
...     return a[0] - b[0]
...
>>>
>>> qsort(ia, len(ia), sizeof(c_int), CMPFUNC(py_cmp_func)) 
py_cmp_func 5 1
py_cmp_func 33 99
py_cmp_func 7 33
py_cmp_func 1 7
py_cmp_func 5 7
>>>

Et comme il est facile de le voir, notre tableau est désormais classé :

>>> for i in ia: print(i, end=" ")
...
1 5 7 33 99
>>>

Ces fonctions peuvent aussi être utilisées comme des décorateurs ; il est donc possible d'écrire :

>>> @CFUNCTYPE(c_int, POINTER(c_int), POINTER(c_int))
... def py_cmp_func(a, b):
...     print("py_cmp_func", a[0], b[0])
...     return a[0] - b[0]
...
>>> qsort(ia, len(ia), sizeof(c_int), py_cmp_func)
py_cmp_func 5 1
py_cmp_func 33 99
py_cmp_func 7 33
py_cmp_func 1 7
py_cmp_func 5 7
>>>

Note

Prenez garde à bien conserver une référence à un objet CFUNCTYPE() tant que celui-ci est utilisé par le code C. ctypes ne le fait pas tout seul et, si vous ne le faites pas, le ramasse-miette pourrait les libérer, ce qui fera planter votre programme quand un appel sera fait.

Notez aussi que si la fonction de rappel est appelée dans un fil d'exécution créé hors de Python (p. ex. par du code externe qui appelle la fonction de rappel), ctypes crée un nouveau fil Python « creux » à chaque fois. Ce comportement est acceptable pour la plupart des cas d'utilisation, mais cela implique que les valeurs stockées avec threading.local ne seront pas persistantes d'un appel à l'autre, même si les appels proviennent du même fil d'exécution C.

Accès aux variables exportées depuis une DLL

Certaines bibliothèques ne se contentent pas d'exporter des fonctions, elles exportent aussi des variables. Par exemple, la bibliothèque Python exporte Py_OptimizeFlag, un entier valant 0, 1, ou 2 selon que l'option -O ou -OO soit donnée au démarrage.

ctypes peut accéder à ce type de valeurs avec les méthodes de classe in_dll() du type considéré. pythonapi est un symbole prédéfini qui donne accès à l'API C Python :

>>> opt_flag = c_int.in_dll(pythonapi, "Py_OptimizeFlag")
>>> print(opt_flag)
c_long(0)
>>>

Si l'interpréteur est lancé avec -O, l'exemple affiche c_long(1) et c_long(2) avec -OO.

Le pointeur PyImport_FrozenModules exposé par Python est un autre exemple complet de l'utilisation de pointeurs.

Citons la documentation :

Ce pointeur est initialisé de manière à pointer sur un tableau d'entrées de struct _frozen, dont tous les membres de la dernière valent NULL ou zéro. Quand un module gelé est importé, il est cherché dans ce tableau. Du code tiers peut jouer avec pour construire dynamiquement une collection de module gelés.

Donc manipuler ce pointeur peut même se révéler utile. Pour limiter la taille de l'exemple, nous nous bornons à montrer comment lire ce tableau avec ctypes :

>>> from ctypes import *
>>>
>>> class struct_frozen(Structure):
...     _fields_ = [("name", c_char_p),
...                 ("code", POINTER(c_ubyte)),
...                 ("size", c_int)]
...
>>>

Le type de donnée struct _frozen ayant été défini, nous pouvons récupérer le pointeur vers le tableau :

>>> FrozenTable = POINTER(struct_frozen)
>>> table = FrozenTable.in_dll(pythonapi, "PyImport_FrozenModules")
>>>

Puisque table est un pointer vers un tableau d'entrées de struct_frozen, il est possible d'itérer dessus, mais il faut être certain que la boucle se termine, car les pointeurs n'ont pas de taille. Tôt ou tard, il planterait probablement avec une erreur de segmentation ou autre, donc mieux vaut sortir de la boucle quand on lit l'entrée NULL :

>>> for item in table:
...     if item.name is None:
...         break
...     print(item.name.decode("ascii"), item.size)
...
_frozen_importlib 31764
_frozen_importlib_external 41499
__hello__ 161
__phello__ -161
__phello__.spam 161
>>>

The fact that standard Python has a frozen module and a frozen package (indicated by the negative size member) is not well known, it is only used for testing. Try it out with import __hello__ for example.

Pièges

Il y a quelques cas tordus dans ctypes où on peut s'attendre à un résultat différent de la réalité.

Examinons l'exemple suivant :

>>> from ctypes import *
>>> class POINT(Structure):
...     _fields_ = ("x", c_int), ("y", c_int)
...
>>> class RECT(Structure):
...     _fields_ = ("a", POINT), ("b", POINT)
...
>>> p1 = POINT(1, 2)
>>> p2 = POINT(3, 4)
>>> rc = RECT(p1, p2)
>>> print(rc.a.x, rc.a.y, rc.b.x, rc.b.y)
1 2 3 4
>>> # now swap the two points
>>> rc.a, rc.b = rc.b, rc.a
>>> print(rc.a.x, rc.a.y, rc.b.x, rc.b.y)
3 4 3 4
>>>

Diantre. On s'attendait certainement à ce que le dernier résultat affiche 3 4 1 2. Que s'est-il passé ? Les étapes de la ligne rc.a, rc.b = rc.b, rc.a ci-dessus sont les suivantes :

>>> temp0, temp1 = rc.b, rc.a
>>> rc.a = temp0
>>> rc.b = temp1
>>>

Les objets temp0 et temp1 utilisent encore le tampon interne de l'objet rc ci-dessus. Donc exécuter rc.a = temp0 copie le contenu du tampon de temp0 dans celui de rc. Ce qui, par ricochet, modifie le contenu de temp1. Et donc, la dernière affectation, rc.b = temp1, n'a pas l'effet escompté.

Gardez en tête qu'accéder au sous-objet depuis une Structure, une Union ou un Array ne copie pas le sous-objet, mais crée un objet interface qui accède au tampon sous-jacent de l'objet initial.

Un autre exemple de comportement a priori inattendu est le suivant :

>>> s = c_char_p()
>>> s.value = b"abc def ghi"
>>> s.value
b'abc def ghi'
>>> s.value is s.value
False
>>>

Note

La valeur d'une instance de c_char_p ne peut être initialisée qu'avec un octet ou un entier.

Pourquoi cela affiche-t'il False ? Les instances ctypes sont des objets qui contiennent un bloc mémoire et des descriptor qui donnent accès au contenu du ce bloc. Stocker un objet Python dans le bloc mémoire ne stocke pas l'objet même ; seuls ses contents le sont. Accéder au contents crée un nouvel objet Python à chaque fois !

Types de données à taille flottante

ctypes assure la prise en charge des tableaux et des structures à taille flottante.

La fonction resize() permet de redimensionner la taille du tampon mémoire d'un objet ctypes existant. Cette fonction prend l'objet comme premier argument et la taille en octets désirée comme second. La taille du tampon mémoire ne peut pas être inférieure à celle occupée par un objet unitaire du type considéré. Une ValueError est levée si c'est le cas :

>>> short_array = (c_short * 4)()
>>> print(sizeof(short_array))
8
>>> resize(short_array, 4)
Traceback (most recent call last):
    ...
ValueError: minimum size is 8
>>> resize(short_array, 32)
>>> sizeof(short_array)
32
>>> sizeof(type(short_array))
8
>>>

Cela dit, comment accéder aux éléments supplémentaires contenus dans le tableau ? Vu que le type ne connaît que 4 éléments, on obtient une erreur si l'on accède aux suivants :

>>> short_array[:]
[0, 0, 0, 0]
>>> short_array[7]
Traceback (most recent call last):
    ...
IndexError: invalid index
>>>

Une autre approche pour utiliser des types de donnée à taille flottante avec ctypes consiste à tirer profit de la nature intrinsèquement dynamique de Python et de (re)définir le type de donnée une fois que la taille demandée est connue, au cas-par-cas.

Référence du module

Recherche de bibliothèques partagées

Les langages compilés ont besoin d'accéder aux bibliothèques partagées au moment de la compilation, de l'édition de liens et pendant l'exécution du programme.

Le but de la fonction find_library() est de trouver une bibliothèque de la même façon que le ferait le compilateur ou le chargeur (sur les plates-formes avec plusieurs versions de la même bibliothèque, la plus récente est chargée), alors que les chargeurs de bibliothèques de ctypes se comportent de la même façon qu'un programme qui s'exécute, et appellent directement le chargeur.

Le module ctypes.util fournit une fonction pour déterminer quelle bibliothèque charger.

ctypes.util.find_library(name)

Tente de trouver une bibliothèque et en renvoie le chemin. name est le nom de la bibliothèque sans préfixe — comme lib — ni suffixe — comme .so, .dylib ou un numéro de version (c.-à-d. la même forme que l'option POSIX de l'éditeur de lien -l). Si la fonction ne parvient pas à trouver de bibliothèque, elle renvoie None.

Le mode opératoire exact dépend du système.

Sous Linux, find_library() essaye de lancer des programmes externes (/sbin/ldconfig, gcc, objdump et ld) pour trouver la bibliothèque. Elle renvoie le nom de la bibliothèque sur le disque.

Modifié dans la version 3.6: Sous Linux, si les autres moyens échouent, la fonction utilise la variable d'environnement LD_LIBRARY_PATH pour trouver la bibliothèque.

Voici quelques exemples :

>>> from ctypes.util import find_library
>>> find_library("m")
'libm.so.6'
>>> find_library("c")
'libc.so.6'
>>> find_library("bz2")
'libbz2.so.1.0'
>>>

Sous OS X, find_library() regarde dans des chemins et conventions de chemins prédéfinies pour trouver la bibliothèque et en renvoie le chemin complet si elle la trouve :

>>> from ctypes.util import find_library
>>> find_library("c")
'/usr/lib/libc.dylib'
>>> find_library("m")
'/usr/lib/libm.dylib'
>>> find_library("bz2")
'/usr/lib/libbz2.dylib'
>>> find_library("AGL")
'/System/Library/Frameworks/AGL.framework/AGL'
>>>

Sous Windows, find_library() examine le chemin de recherche du système et renvoie le chemin complet de la bibliothèque, mais comme il n'existe pas de convention de nommage, des appels comme find_library("c") échouent et renvoient None.

Si vous encapsulez une bibliothèque partagée avec ctypes, il est probablement plus judicieux de déterminer le chemin de cette bibliothèque lors du développement et de l'écrire en dur dans le module d'encapsulation, plutôt que d'utiliser find_library() pour la trouver lors de l'exécution.

Chargement des bibliothèques partagées

Il y a plusieurs moyens de charger une bibliothèque partagée dans un processus Python. L'un d'entre eux consiste à instancier une des classes suivantes :

class ctypes.CDLL(name, mode=DEFAULT_MODE, handle=None, use_errno=False, use_last_error=False, winmode=0)

Une instance de cette classe représente une bibliothèque partagée déjà chargée. Les fonctions de cette bibliothèque utilisent la convention d'appel C standard et doivent renvoyer un int.

class ctypes.OleDLL(name, mode=DEFAULT_MODE, handle=None, use_errno=False, use_last_error=False, winmode=0)

En Windows seulement : une instance de cette classe représente une bibliothèque partagée déjà chargée. Les fonctions de cette bibliothèque utilisent la convention d'appel stdcall, et doivent renvoyer un code HRESULT (propre à Windows). Les valeurs de HRESULT contiennent des informations précisant si l'appel de la fonction a échoué ou s'il a réussi, ainsi qu'un code d'erreur supplémentaire. Si la valeur de retour signale un échec, une OSError est levée automatiquement.

Modifié dans la version 3.3: WindowsError était levée auparavant.

class ctypes.WinDLL(name, mode=DEFAULT_MODE, handle=None, use_errno=False, use_last_error=False, winmode=0)

En Windows seulement : une instance de cette classe représente une bibliothèque partagée déjà chargée. Les fonctions de cette bibliothèque utilisent la convention d'appel stdcall et doivent renvoyer par défaut un int.

Sous Windows CE, seule la convention d'appel standard est utilisée. Pour des raisons pratiques, WinDLL et OleDLL utilisent la convention d'appel standard sur cette plate-forme.

Le verrou global de l'interpréteur Python est relâché avant chaque appel d'une fonction exposée par ces bibliothèques et ré-activé après.

class ctypes.PyDLL(name, mode=DEFAULT_MODE, handle=None)

Cette classe est identique à CDLL, à ceci près que le GIL n'est pas relâché pendant l'appel de la fonction, et, qu'au terme de l'appel, le drapeau d'erreur Python est vérifié. Si celui-ci est activé, une exception Python est levée.

Donc, cette classe ne sert qu'à appeler les fonctions de l'API C de Python.

Toutes ces classes peuvent être instanciées en les appelant avec le chemin de la bibliothèque partagée comme unique argument. Il est aussi possible de passer un lien vers une bibliothèque déjà chargée en utilisant le paramètre handle. Sinon, les fonctions dlopen ou LoadLibrary de la plate-forme sous-jacente permettent de charger la bibliothèque dans le processus, et d'en obtenir un lien.

Le mode de chargement de la bibliothèque est défini par le paramètre mode. Pour plus de détails, référez-vous à l'entrée dlopen(3) du manuel. En Windows, mode est ignoré. Sur les systèmes POSIX, RTLD_NOW y est toujours ajouté. Ceci n'est pas configurable.

Le paramètre use_errno, lorsque défini à vrai, active un mécanisme de ctypes qui permet d'accéder au numéro d'erreur errno du système de manière sécurisée. ctypes maintient une copie de errno du système dans chaque fil d'exécution. Si vous appelez des fonctions externes créées avec use_errno=True, la valeur de errno avant l'appel de la fonction est échangée avec la copie privée de ctypes. La même chose se produit juste après l'appel de la fonction.

La fonction ctypes.get_errno() renvoie la valeur de la copie privée de ctypes. La fonction ctypes.set_errno() affecte une nouvelle valeur à la copie privée et renvoie l'ancienne valeur.

Définir le paramètre use_last_error à vrai active le même mécanisme pour le code d'erreur de Windows qui est géré par les fonctions GetLastError() et SetLastError() de l'API Windows ; ctypes.get_last_error() et ctypes.set_last_error() servent à obtenir et modifier la copie privée ctypes de ce code d'erreur.

Sous Windows, le paramètre winmode définit comment charger la bibliothèque (puisque mode est ignoré). Il accepte toute valeur compatible avec le drapeau LoadLibraryEx de l'API Win32. Lorsqu'il est omis, les drapeaux par défaut sont ceux qui chargent la DLL de la manière la plus sécurisée possible, afin d'éviter des problèmes comme le détournement de DLL. Passer le chemin complet à la DLL reste le moyen le plus sûr de s'assurer que la bonne bibliothèque et les bonnes dépendances sont chargées.

Modifié dans la version 3.8: Ajout du paramètre winmode.

ctypes.RTLD_GLOBAL

Flag to use as mode parameter. On platforms where this flag is not available, it is defined as the integer zero.

ctypes.RTLD_LOCAL

Flag to use as mode parameter. On platforms where this is not available, it is the same as RTLD_GLOBAL.

ctypes.DEFAULT_MODE

The default mode which is used to load shared libraries. On OSX 10.3, this is RTLD_GLOBAL, otherwise it is the same as RTLD_LOCAL.

Instances of these classes have no public methods. Functions exported by the shared library can be accessed as attributes or by index. Please note that accessing the function through an attribute caches the result and therefore accessing it repeatedly returns the same object each time. On the other hand, accessing it through an index returns a new object each time:

>>> from ctypes import CDLL
>>> libc = CDLL("libc.so.6")  # On Linux
>>> libc.time == libc.time
True
>>> libc['time'] == libc['time']
False

The following public attributes are available, their name starts with an underscore to not clash with exported function names:

PyDLL._handle

The system handle used to access the library.

PyDLL._name

The name of the library passed in the constructor.

Il est possible de charger une bibliothèque partagée soit en utilisant une instance de la classe LibraryLoader, soit en appelant la méthode LoadLibrary(), soit en récupérant la bibliothèque comme attribut de l'instance du chargeur.

class ctypes.LibraryLoader(dlltype)

Class which loads shared libraries. dlltype should be one of the CDLL, PyDLL, WinDLL, or OleDLL types.

__getattr__() has special behavior: It allows loading a shared library by accessing it as attribute of a library loader instance. The result is cached, so repeated attribute accesses return the same library each time.

LoadLibrary(name)

Charge une bibliothèque partagée dans le processus et la renvoie. Cette méthode renvoie toujours une nouvelle instance de la bibliothèque.

Plusieurs chargeurs sont fournis :

ctypes.cdll

Pour créer des instances de CDLL.

ctypes.windll

Pour créer des instances de WinDLL (uniquement en Windows).

ctypes.oledll

Pour créer des instances de OleDLL (uniquement en Windows).

ctypes.pydll

Pour créer des instances de PyDLL.

Il existe un moyen rapide d'accéder directement à l'API C Python :

ctypes.pythonapi

Une instance de PyDLL dont les attributs sont les fonctions exportées par l'API C Python. Toutes ces fonctions sont supposées renvoyer un int C, ce qui n'est bien entendu pas toujours le cas. Il faut donc définir vous-même le bon attribut restype pour pouvoir les utiliser.

Lève un évènement d'audit ctypes.dlopen avec l'argument name.

Accéder à une fonction d'une bibliothèque lève un évènement d'audit ctypes.dlsym avec library (l'objet bibliothèque) et name (le nom du symbole — une chaîne de caractères ou un entier) comme arguments.

Si seul le lien sur la bibliothèque, et non l'objet, est disponible, accéder à une fonction lève l'évènement d'audit ctypes.dlsym/handle avec handle (le lien vers la bibliothèque) et name comme arguments.

Fonctions externes

As explained in the previous section, foreign functions can be accessed as attributes of loaded shared libraries. The function objects created in this way by default accept any number of arguments, accept any ctypes data instances as arguments, and return the default result type specified by the library loader. They are instances of a private class:

class ctypes._FuncPtr

Base class for C callable foreign functions.

Instances of foreign functions are also C compatible data types; they represent C function pointers.

This behavior can be customized by assigning to special attributes of the foreign function object.

restype

Assign a ctypes type to specify the result type of the foreign function. Use None for void, a function not returning anything.

It is possible to assign a callable Python object that is not a ctypes type, in this case the function is assumed to return a C int, and the callable will be called with this integer, allowing further processing or error checking. Using this is deprecated, for more flexible post processing or error checking use a ctypes data type as restype and assign a callable to the errcheck attribute.

argtypes

Assign a tuple of ctypes types to specify the argument types that the function accepts. Functions using the stdcall calling convention can only be called with the same number of arguments as the length of this tuple; functions using the C calling convention accept additional, unspecified arguments as well.

When a foreign function is called, each actual argument is passed to the from_param() class method of the items in the argtypes tuple, this method allows adapting the actual argument to an object that the foreign function accepts. For example, a c_char_p item in the argtypes tuple will convert a string passed as argument into a bytes object using ctypes conversion rules.

New: It is now possible to put items in argtypes which are not ctypes types, but each item must have a from_param() method which returns a value usable as argument (integer, string, ctypes instance). This allows defining adapters that can adapt custom objects as function parameters.

errcheck

Assign a Python function or another callable to this attribute. The callable will be called with three or more arguments:

callable(result, func, arguments)

result is what the foreign function returns, as specified by the restype attribute.

func is the foreign function object itself, this allows reusing the same callable object to check or post process the results of several functions.

arguments is a tuple containing the parameters originally passed to the function call, this allows specializing the behavior on the arguments used.

The object that this function returns will be returned from the foreign function call, but it can also check the result value and raise an exception if the foreign function call failed.

exception ctypes.ArgumentError

This exception is raised when a foreign function call cannot convert one of the passed arguments.

On Windows, when a foreign function call raises a system exception (for example, due to an access violation), it will be captured and replaced with a suitable Python exception. Further, an auditing event ctypes.seh_exception with argument code will be raised, allowing an audit hook to replace the exception with its own.

Some ways to invoke foreign function calls may raise an auditing event ctypes.call_function with arguments function pointer and arguments.

Prototypes de fonction

Foreign functions can also be created by instantiating function prototypes. Function prototypes are similar to function prototypes in C; they describe a function (return type, argument types, calling convention) without defining an implementation. The factory functions must be called with the desired result type and the argument types of the function, and can be used as decorator factories, and as such, be applied to functions through the @wrapper syntax. See Fonctions de rappel for examples.

ctypes.CFUNCTYPE(restype, *argtypes, use_errno=False, use_last_error=False)

The returned function prototype creates functions that use the standard C calling convention. The function will release the GIL during the call. If use_errno is set to true, the ctypes private copy of the system errno variable is exchanged with the real errno value before and after the call; use_last_error does the same for the Windows error code.

ctypes.WINFUNCTYPE(restype, *argtypes, use_errno=False, use_last_error=False)

Windows only: The returned function prototype creates functions that use the stdcall calling convention, except on Windows CE where WINFUNCTYPE() is the same as CFUNCTYPE(). The function will release the GIL during the call. use_errno and use_last_error have the same meaning as above.

ctypes.PYFUNCTYPE(restype, *argtypes)

The returned function prototype creates functions that use the Python calling convention. The function will not release the GIL during the call.

Function prototypes created by these factory functions can be instantiated in different ways, depending on the type and number of the parameters in the call:

prototype(address)

Returns a foreign function at the specified address which must be an integer.

prototype(callable)

Create a C callable function (a callback function) from a Python callable.

prototype(func_spec[, paramflags])

Returns a foreign function exported by a shared library. func_spec must be a 2-tuple (name_or_ordinal, library). The first item is the name of the exported function as string, or the ordinal of the exported function as small integer. The second item is the shared library instance.

prototype(vtbl_index, name[, paramflags[, iid]])

Returns a foreign function that will call a COM method. vtbl_index is the index into the virtual function table, a small non-negative integer. name is name of the COM method. iid is an optional pointer to the interface identifier which is used in extended error reporting.

COM methods use a special calling convention: They require a pointer to the COM interface as first argument, in addition to those parameters that are specified in the argtypes tuple.

The optional paramflags parameter creates foreign function wrappers with much more functionality than the features described above.

paramflags must be a tuple of the same length as argtypes.

Each item in this tuple contains further information about a parameter, it must be a tuple containing one, two, or three items.

The first item is an integer containing a combination of direction flags for the parameter:

1

Specifies an input parameter to the function.

2

Output parameter. The foreign function fills in a value.

4

Input parameter which defaults to the integer zero.

The optional second item is the parameter name as string. If this is specified, the foreign function can be called with named parameters.

The optional third item is the default value for this parameter.

This example demonstrates how to wrap the Windows MessageBoxW function so that it supports default parameters and named arguments. The C declaration from the windows header file is this:

WINUSERAPI int WINAPI
MessageBoxW(
    HWND hWnd,
    LPCWSTR lpText,
    LPCWSTR lpCaption,
    UINT uType);

Here is the wrapping with ctypes:

>>> from ctypes import c_int, WINFUNCTYPE, windll
>>> from ctypes.wintypes import HWND, LPCWSTR, UINT
>>> prototype = WINFUNCTYPE(c_int, HWND, LPCWSTR, LPCWSTR, UINT)
>>> paramflags = (1, "hwnd", 0), (1, "text", "Hi"), (1, "caption", "Hello from ctypes"), (1, "flags", 0)
>>> MessageBox = prototype(("MessageBoxW", windll.user32), paramflags)

The MessageBox foreign function can now be called in these ways:

>>> MessageBox()
>>> MessageBox(text="Spam, spam, spam")
>>> MessageBox(flags=2, text="foo bar")

A second example demonstrates output parameters. The win32 GetWindowRect function retrieves the dimensions of a specified window by copying them into RECT structure that the caller has to supply. Here is the C declaration:

WINUSERAPI BOOL WINAPI
GetWindowRect(
     HWND hWnd,
     LPRECT lpRect);

Here is the wrapping with ctypes:

>>> from ctypes import POINTER, WINFUNCTYPE, windll, WinError
>>> from ctypes.wintypes import BOOL, HWND, RECT
>>> prototype = WINFUNCTYPE(BOOL, HWND, POINTER(RECT))
>>> paramflags = (1, "hwnd"), (2, "lprect")
>>> GetWindowRect = prototype(("GetWindowRect", windll.user32), paramflags)
>>>

Functions with output parameters will automatically return the output parameter value if there is a single one, or a tuple containing the output parameter values when there are more than one, so the GetWindowRect function now returns a RECT instance, when called.

Output parameters can be combined with the errcheck protocol to do further output processing and error checking. The win32 GetWindowRect api function returns a BOOL to signal success or failure, so this function could do the error checking, and raises an exception when the api call failed:

>>> def errcheck(result, func, args):
...     if not result:
...         raise WinError()
...     return args
...
>>> GetWindowRect.errcheck = errcheck
>>>

If the errcheck function returns the argument tuple it receives unchanged, ctypes continues the normal processing it does on the output parameters. If you want to return a tuple of window coordinates instead of a RECT instance, you can retrieve the fields in the function and return them instead, the normal processing will no longer take place:

>>> def errcheck(result, func, args):
...     if not result:
...         raise WinError()
...     rc = args[1]
...     return rc.left, rc.top, rc.bottom, rc.right
...
>>> GetWindowRect.errcheck = errcheck
>>>

Fonctions utilitaires

ctypes.addressof(obj)

Returns the address of the memory buffer as integer. obj must be an instance of a ctypes type.

Raises an auditing event ctypes.addressof with argument obj.

ctypes.alignment(obj_or_type)

Returns the alignment requirements of a ctypes type. obj_or_type must be a ctypes type or instance.

ctypes.byref(obj[, offset])

Returns a light-weight pointer to obj, which must be an instance of a ctypes type. offset defaults to zero, and must be an integer that will be added to the internal pointer value.

byref(obj, offset) corresponds to this C code:

(((char *)&obj) + offset)

The returned object can only be used as a foreign function call parameter. It behaves similar to pointer(obj), but the construction is a lot faster.

ctypes.cast(obj, type)

This function is similar to the cast operator in C. It returns a new instance of type which points to the same memory block as obj. type must be a pointer type, and obj must be an object that can be interpreted as a pointer.

ctypes.create_string_buffer(init_or_size, size=None)

This function creates a mutable character buffer. The returned object is a ctypes array of c_char.

init_or_size must be an integer which specifies the size of the array, or a bytes object which will be used to initialize the array items.

If a bytes object is specified as first argument, the buffer is made one item larger than its length so that the last element in the array is a NUL termination character. An integer can be passed as second argument which allows specifying the size of the array if the length of the bytes should not be used.

Raises an auditing event ctypes.create_string_buffer with arguments init, size.

ctypes.create_unicode_buffer(init_or_size, size=None)

This function creates a mutable unicode character buffer. The returned object is a ctypes array of c_wchar.

init_or_size must be an integer which specifies the size of the array, or a string which will be used to initialize the array items.

If a string is specified as first argument, the buffer is made one item larger than the length of the string so that the last element in the array is a NUL termination character. An integer can be passed as second argument which allows specifying the size of the array if the length of the string should not be used.

Raises an auditing event ctypes.create_unicode_buffer with arguments init, size.

ctypes.DllCanUnloadNow()

Windows only: This function is a hook which allows implementing in-process COM servers with ctypes. It is called from the DllCanUnloadNow function that the _ctypes extension dll exports.

ctypes.DllGetClassObject()

Windows only: This function is a hook which allows implementing in-process COM servers with ctypes. It is called from the DllGetClassObject function that the _ctypes extension dll exports.

ctypes.util.find_library(name)

Try to find a library and return a pathname. name is the library name without any prefix like lib, suffix like .so, .dylib or version number (this is the form used for the posix linker option -l). If no library can be found, returns None.

Le mode opératoire exact dépend du système.

ctypes.util.find_msvcrt()

Windows only: return the filename of the VC runtime library used by Python, and by the extension modules. If the name of the library cannot be determined, None is returned.

If you need to free memory, for example, allocated by an extension module with a call to the free(void *), it is important that you use the function in the same library that allocated the memory.

ctypes.FormatError([code])

Windows only: Returns a textual description of the error code code. If no error code is specified, the last error code is used by calling the Windows api function GetLastError.

ctypes.GetLastError()

Windows only: Returns the last error code set by Windows in the calling thread. This function calls the Windows GetLastError() function directly, it does not return the ctypes-private copy of the error code.

ctypes.get_errno()

Returns the current value of the ctypes-private copy of the system errno variable in the calling thread.

Raises an auditing event ctypes.get_errno with no arguments.

ctypes.get_last_error()

Windows only: returns the current value of the ctypes-private copy of the system LastError variable in the calling thread.

Raises an auditing event ctypes.get_last_error with no arguments.

ctypes.memmove(dst, src, count)

Same as the standard C memmove library function: copies count bytes from src to dst. dst and src must be integers or ctypes instances that can be converted to pointers.

ctypes.memset(dst, c, count)

Same as the standard C memset library function: fills the memory block at address dst with count bytes of value c. dst must be an integer specifying an address, or a ctypes instance.

ctypes.POINTER(type)

This factory function creates and returns a new ctypes pointer type. Pointer types are cached and reused internally, so calling this function repeatedly is cheap. type must be a ctypes type.

ctypes.pointer(obj)

This function creates a new pointer instance, pointing to obj. The returned object is of the type POINTER(type(obj)).

Note: If you just want to pass a pointer to an object to a foreign function call, you should use byref(obj) which is much faster.

ctypes.resize(obj, size)

This function resizes the internal memory buffer of obj, which must be an instance of a ctypes type. It is not possible to make the buffer smaller than the native size of the objects type, as given by sizeof(type(obj)), but it is possible to enlarge the buffer.

ctypes.set_errno(value)

Set the current value of the ctypes-private copy of the system errno variable in the calling thread to value and return the previous value.

Raises an auditing event ctypes.set_errno with argument errno.

ctypes.set_last_error(value)

Windows only: set the current value of the ctypes-private copy of the system LastError variable in the calling thread to value and return the previous value.

Raises an auditing event ctypes.set_last_error with argument error.

ctypes.sizeof(obj_or_type)

Returns the size in bytes of a ctypes type or instance memory buffer. Does the same as the C sizeof operator.

ctypes.string_at(address, size=-1)

This function returns the C string starting at memory address address as a bytes object. If size is specified, it is used as size, otherwise the string is assumed to be zero-terminated.

Raises an auditing event ctypes.string_at with arguments address, size.

ctypes.WinError(code=None, descr=None)

Windows only: this function is probably the worst-named thing in ctypes. It creates an instance of OSError. If code is not specified, GetLastError is called to determine the error code. If descr is not specified, FormatError() is called to get a textual description of the error.

Modifié dans la version 3.3: An instance of WindowsError used to be created.

ctypes.wstring_at(address, size=-1)

This function returns the wide character string starting at memory address address as a string. If size is specified, it is used as the number of characters of the string, otherwise the string is assumed to be zero-terminated.

Raises an auditing event ctypes.wstring_at with arguments address, size.

Types de données

class ctypes._CData

This non-public class is the common base class of all ctypes data types. Among other things, all ctypes type instances contain a memory block that hold C compatible data; the address of the memory block is returned by the addressof() helper function. Another instance variable is exposed as _objects; this contains other Python objects that need to be kept alive in case the memory block contains pointers.

Common methods of ctypes data types, these are all class methods (to be exact, they are methods of the metaclass):

from_buffer(source[, offset])

This method returns a ctypes instance that shares the buffer of the source object. The source object must support the writeable buffer interface. The optional offset parameter specifies an offset into the source buffer in bytes; the default is zero. If the source buffer is not large enough a ValueError is raised.

Raises an auditing event ctypes.cdata/buffer with arguments pointer, size, offset.

from_buffer_copy(source[, offset])

This method creates a ctypes instance, copying the buffer from the source object buffer which must be readable. The optional offset parameter specifies an offset into the source buffer in bytes; the default is zero. If the source buffer is not large enough a ValueError is raised.

Raises an auditing event ctypes.cdata/buffer with arguments pointer, size, offset.

from_address(address)

This method returns a ctypes type instance using the memory specified by address which must be an integer.

This method, and others that indirectly call this method, raises an auditing event ctypes.cdata with argument address.

from_param(obj)

This method adapts obj to a ctypes type. It is called with the actual object used in a foreign function call when the type is present in the foreign function's argtypes tuple; it must return an object that can be used as a function call parameter.

All ctypes data types have a default implementation of this classmethod that normally returns obj if that is an instance of the type. Some types accept other objects as well.

in_dll(library, name)

This method returns a ctypes type instance exported by a shared library. name is the name of the symbol that exports the data, library is the loaded shared library.

Common instance variables of ctypes data types:

_b_base_

Sometimes ctypes data instances do not own the memory block they contain, instead they share part of the memory block of a base object. The _b_base_ read-only member is the root ctypes object that owns the memory block.

_b_needsfree_

This read-only variable is true when the ctypes data instance has allocated the memory block itself, false otherwise.

_objects

This member is either None or a dictionary containing Python objects that need to be kept alive so that the memory block contents is kept valid. This object is only exposed for debugging; never modify the contents of this dictionary.

Types de données fondamentaux

class ctypes._SimpleCData

This non-public class is the base class of all fundamental ctypes data types. It is mentioned here because it contains the common attributes of the fundamental ctypes data types. _SimpleCData is a subclass of _CData, so it inherits their methods and attributes. ctypes data types that are not and do not contain pointers can now be pickled.

Instances have a single attribute:

value

This attribute contains the actual value of the instance. For integer and pointer types, it is an integer, for character types, it is a single character bytes object or string, for character pointer types it is a Python bytes object or string.

When the value attribute is retrieved from a ctypes instance, usually a new object is returned each time. ctypes does not implement original object return, always a new object is constructed. The same is true for all other ctypes object instances.

Fundamental data types, when returned as foreign function call results, or, for example, by retrieving structure field members or array items, are transparently converted to native Python types. In other words, if a foreign function has a restype of c_char_p, you will always receive a Python bytes object, not a c_char_p instance.

Subclasses of fundamental data types do not inherit this behavior. So, if a foreign functions restype is a subclass of c_void_p, you will receive an instance of this subclass from the function call. Of course, you can get the value of the pointer by accessing the value attribute.

These are the fundamental ctypes data types:

class ctypes.c_byte

Represents the C signed char datatype, and interprets the value as small integer. The constructor accepts an optional integer initializer; no overflow checking is done.

class ctypes.c_char

Represents the C char datatype, and interprets the value as a single character. The constructor accepts an optional string initializer, the length of the string must be exactly one character.

class ctypes.c_char_p

Represents the C char * datatype when it points to a zero-terminated string. For a general character pointer that may also point to binary data, POINTER(c_char) must be used. The constructor accepts an integer address, or a bytes object.

class ctypes.c_double

Represents the C double datatype. The constructor accepts an optional float initializer.

class ctypes.c_longdouble

Represents the C long double datatype. The constructor accepts an optional float initializer. On platforms where sizeof(long double) == sizeof(double) it is an alias to c_double.

class ctypes.c_float

Represents the C float datatype. The constructor accepts an optional float initializer.

class ctypes.c_int

Represents the C signed int datatype. The constructor accepts an optional integer initializer; no overflow checking is done. On platforms where sizeof(int) == sizeof(long) it is an alias to c_long.

class ctypes.c_int8

Represents the C 8-bit signed int datatype. Usually an alias for c_byte.

class ctypes.c_int16

Represents the C 16-bit signed int datatype. Usually an alias for c_short.

class ctypes.c_int32

Represents the C 32-bit signed int datatype. Usually an alias for c_int.

class ctypes.c_int64

Represents the C 64-bit signed int datatype. Usually an alias for c_longlong.

class ctypes.c_long

Represents the C signed long datatype. The constructor accepts an optional integer initializer; no overflow checking is done.

class ctypes.c_longlong

Represents the C signed long long datatype. The constructor accepts an optional integer initializer; no overflow checking is done.

class ctypes.c_short

Represents the C signed short datatype. The constructor accepts an optional integer initializer; no overflow checking is done.

class ctypes.c_size_t

Represents the C size_t datatype.

class ctypes.c_ssize_t

Represents the C ssize_t datatype.

Nouveau dans la version 3.2.

class ctypes.c_ubyte

Represents the C unsigned char datatype, it interprets the value as small integer. The constructor accepts an optional integer initializer; no overflow checking is done.

class ctypes.c_uint

Represents the C unsigned int datatype. The constructor accepts an optional integer initializer; no overflow checking is done. On platforms where sizeof(int) == sizeof(long) it is an alias for c_ulong.

class ctypes.c_uint8

Represents the C 8-bit unsigned int datatype. Usually an alias for c_ubyte.

class ctypes.c_uint16

Represents the C 16-bit unsigned int datatype. Usually an alias for c_ushort.

class ctypes.c_uint32

Represents the C 32-bit unsigned int datatype. Usually an alias for c_uint.

class ctypes.c_uint64

Represents the C 64-bit unsigned int datatype. Usually an alias for c_ulonglong.

class ctypes.c_ulong

Represents the C unsigned long datatype. The constructor accepts an optional integer initializer; no overflow checking is done.

class ctypes.c_ulonglong

Represents the C unsigned long long datatype. The constructor accepts an optional integer initializer; no overflow checking is done.

class ctypes.c_ushort

Represents the C unsigned short datatype. The constructor accepts an optional integer initializer; no overflow checking is done.

class ctypes.c_void_p

Represents the C void * type. The value is represented as integer. The constructor accepts an optional integer initializer.

class ctypes.c_wchar

Represents the C wchar_t datatype, and interprets the value as a single character unicode string. The constructor accepts an optional string initializer, the length of the string must be exactly one character.

class ctypes.c_wchar_p

Represents the C wchar_t * datatype, which must be a pointer to a zero-terminated wide character string. The constructor accepts an integer address, or a string.

class ctypes.c_bool

Represent the C bool datatype (more accurately, _Bool from C99). Its value can be True or False, and the constructor accepts any object that has a truth value.

class ctypes.HRESULT

Windows only: Represents a HRESULT value, which contains success or error information for a function or method call.

class ctypes.py_object

Represents the C PyObject * datatype. Calling this without an argument creates a NULL PyObject * pointer.

The ctypes.wintypes module provides quite some other Windows specific data types, for example HWND, WPARAM, or DWORD. Some useful structures like MSG or RECT are also defined.

Types de données dérivés de Structure

class ctypes.Union(*args, **kw)

Abstract base class for unions in native byte order.

class ctypes.BigEndianStructure(*args, **kw)

Abstract base class for structures in big endian byte order.

class ctypes.LittleEndianStructure(*args, **kw)

Abstract base class for structures in little endian byte order.

Structures with non-native byte order cannot contain pointer type fields, or any other data types containing pointer type fields.

class ctypes.Structure(*args, **kw)

Abstract base class for structures in native byte order.

Concrete structure and union types must be created by subclassing one of these types, and at least define a _fields_ class variable. ctypes will create descriptors which allow reading and writing the fields by direct attribute accesses. These are the

_fields_

A sequence defining the structure fields. The items must be 2-tuples or 3-tuples. The first item is the name of the field, the second item specifies the type of the field; it can be any ctypes data type.

For integer type fields like c_int, a third optional item can be given. It must be a small positive integer defining the bit width of the field.

Field names must be unique within one structure or union. This is not checked, only one field can be accessed when names are repeated.

It is possible to define the _fields_ class variable after the class statement that defines the Structure subclass, this allows creating data types that directly or indirectly reference themselves:

class List(Structure):
    pass
List._fields_ = [("pnext", POINTER(List)),
                 ...
                ]

The _fields_ class variable must, however, be defined before the type is first used (an instance is created, sizeof() is called on it, and so on). Later assignments to the _fields_ class variable will raise an AttributeError.

It is possible to define sub-subclasses of structure types, they inherit the fields of the base class plus the _fields_ defined in the sub-subclass, if any.

_pack_

An optional small integer that allows overriding the alignment of structure fields in the instance. _pack_ must already be defined when _fields_ is assigned, otherwise it will have no effect.

_anonymous_

An optional sequence that lists the names of unnamed (anonymous) fields. _anonymous_ must be already defined when _fields_ is assigned, otherwise it will have no effect.

The fields listed in this variable must be structure or union type fields. ctypes will create descriptors in the structure type that allows accessing the nested fields directly, without the need to create the structure or union field.

Here is an example type (Windows):

class _U(Union):
    _fields_ = [("lptdesc", POINTER(TYPEDESC)),
                ("lpadesc", POINTER(ARRAYDESC)),
                ("hreftype", HREFTYPE)]

class TYPEDESC(Structure):
    _anonymous_ = ("u",)
    _fields_ = [("u", _U),
                ("vt", VARTYPE)]

The TYPEDESC structure describes a COM data type, the vt field specifies which one of the union fields is valid. Since the u field is defined as anonymous field, it is now possible to access the members directly off the TYPEDESC instance. td.lptdesc and td.u.lptdesc are equivalent, but the former is faster since it does not need to create a temporary union instance:

td = TYPEDESC()
td.vt = VT_PTR
td.lptdesc = POINTER(some_type)
td.u.lptdesc = POINTER(some_type)

It is possible to define sub-subclasses of structures, they inherit the fields of the base class. If the subclass definition has a separate _fields_ variable, the fields specified in this are appended to the fields of the base class.

Structure and union constructors accept both positional and keyword arguments. Positional arguments are used to initialize member fields in the same order as they are appear in _fields_. Keyword arguments in the constructor are interpreted as attribute assignments, so they will initialize _fields_ with the same name, or create new attributes for names not present in _fields_.

Tableaux et pointeurs

class ctypes.Array(*args)

Classe de base abstraite pour les arrays.

The recommended way to create concrete array types is by multiplying any ctypes data type with a positive integer. Alternatively, you can subclass this type and define _length_ and _type_ class variables. Array elements can be read and written using standard subscript and slice accesses; for slice reads, the resulting object is not itself an Array.

_length_

A positive integer specifying the number of elements in the array. Out-of-range subscripts result in an IndexError. Will be returned by len().

_type_

Spécifie le type de chaque élément de l'array.

Array subclass constructors accept positional arguments, used to initialize the elements in order.

class ctypes._Pointer

Private, abstract base class for pointers.

Concrete pointer types are created by calling POINTER() with the type that will be pointed to; this is done automatically by pointer().

If a pointer points to an array, its elements can be read and written using standard subscript and slice accesses. Pointer objects have no size, so len() will raise TypeError. Negative subscripts will read from the memory before the pointer (as in C), and out-of-range subscripts will probably crash with an access violation (if you're lucky).

_type_

Specifies the type pointed to.

contents

Returns the object to which to pointer points. Assigning to this attribute changes the pointer to point to the assigned object.