使用Python中的ctypes访问C# DLL的方法

Question

我想在我的Python程序的关键部分中实现C#代码，以使其更快。Python文档和此网站上都提到可以按如下方式加载动态链接库 (PyDocs也是如此)：

cdll.LoadLibrary("your-dll-goes-here.dll")

这是负责该功能的我的代码的一部分:

from ctypes import *
z = [0.0,0.0]
c = [LEFT+x*(RIGHT-LEFT)/self.size, UP+y*(DOWN-UP)/self.size]
M = 2.0

iterator = cdll.LoadLibrary("RECERCATOOLS.dll")

array_result = iterator.Program.ITERATE(z[0],z[1],c[0],c[1],self.iterations,M)

z = complex(array_result[0],array_result[1])
c = complex(array_result[2],array_result[3])
last_iteration = int(round(array_result[4]))

我使用的RECERCATOOLS.dll是这个（C#代码，不是C或C++）：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using KarlsTools;

public class Program
{
    public static Array ITERATE(double z_r,double z_i,double c_r,
                        double c_i, int iterations, 
                        double limit)
    {
        Complex z = new Complex(z_r, z_i);
        Complex c = new Complex(c_r, c_i);

        for (double i = 1; Math.Round(i) <= iterations; i++)
        {
            z = Complex.Pow(z, 2) + c;
            if (Complex.Abs(z) < limit)
            {
                double[] numbers = new double[] { Complex.Real(z),
                                                  Complex.Imag(z),
                                                  Complex.Real(c),
                                                  Complex.Imag(c),
                                                  i};
                return numbers;
            }
        }
        double iter = iterations;
        double[] result = new double[]        { Complex.Real(z),
                                                  Complex.Imag(z),
                                                  Complex.Real(c),
                                                  Complex.Imag(c),
                                                  iter};
        return result;
    }
}

为了构建这个DLL，我使用Visual Studio 2010项目中的“Build”命令，该项目仅包含此文件和对“Karlstools”的引用，该模块允许我使用复数。

我不知道为什么，但当我尝试运行我的Python代码时，它只是抛出一个异常：

    [...]
    array_result = iterator.Program.ITERATE(z[0],z[1],c[0],c[1],self.iterations,M)
  File "C:\Python32\lib\ctypes\__init__.py", line 353, in __getattr__
    func = self.__getitem__(name)
  File "C:\Python32\lib\ctypes\__init__.py", line 358, in __getitem__
    func = self._FuncPtr((name_or_ordinal, self))
AttributeError: function 'Program' not found

我需要帮助，因为即使一切都设置为public并且函数是static，或者即使在未指定“Program”类的情况下直接访问该函数时，它仍然会抛出异常... 我不知道问题可能出在哪里。

- Daniel Torramilans

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非托管导出。将托管代码导出为非托管代码（2007年）。 - Eryk Sun

Answer 1

实际上很简单。只需使用NuGet向您的.Net项目添加“UnmanagedExports”包即可。有关详细信息，请参见https://sites.google.com/site/robertgiesecke/Home/uploads/unmanagedexports。

您可以直接导出，而无需进行COM层。以下是示例C#代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using RGiesecke.DllExport;

class Test
{
    [DllExport("add", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
    public static int TestExport(int left, int right)
    {
        return left + right;
    }
}

你可以加载DLL文件并在Python中调用其中暴露的方法（适用于2.7版本）

import ctypes
a = ctypes.cdll.LoadLibrary(source)
a.add(3, 5)

- Rob Deary

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如果库无法从Python中执行，小提示是：“您必须将平台目标设置为x86、ia64或x64。任何CPU程序集都无法导出函数。” - Ostap Elyashevskyy

Answer 2

关于使用ctypes从Python调用DLL的技巧，大多数情况下是基于DLL是用C或C++编写的，而不是C#。如果使用C#，则需要引入整个CLR机制，符号很可能会被重编码且不符合ctypes的预期，从输出数组的垃圾回收中你将会遇到各种麻烦。

我在使用pythonnet（http://pythonnet.sf.net）将Python和C#代码进行接口时取得了非常好的成功，您可以尝试一下。

另一方面，如果您只考虑纯性能，可以考虑使用Python/C API将代码重写为Python的本地C扩展（http://docs.python.org/c-api/）。

- gurney alex

Answer 3

有人指出，C# DLL不能像本地DLL一样处理。

您可以将C#功能导出为COM对象，Python可以轻松使用。

个人认为应考虑使用本地代码解决方案，但您可能已经过于执着于C#而不能改变目前的课程。

- David Heffernan

Answer 4

ctypes 用于加载用 C 编写的共享库（或者至少是直接可执行的 CPU 共享库，并按照标准 C 约定导出其符号和函数参数）。C# DLL 不是“普通”的 DLL，而是旨在在 .NET 环境中运行。

您有以下选项：

1. 使用某种 Python 到 .NET 的桥接。
2. 使用 C 编写 DLL 并使用 ctypes 调用函数并处理数据转换。
3. 使用 Python/C API 并创建可加载的 Python 模块。

我无法对选项 #1 进行评论，因为我没有尝试过。选项 #2 通常比选项 #3 更容易，因为您可以编写纯 C 代码并使用 ctypes 进行粘合。选项 #3 将提供所有三个选项中最佳的性能，因为它具有最低的调用开销，并在处理器上运行本地代码。

- Mark Evans

Answer 5

C# DLL实际上被称为程序集，因此与其它语言有很大的不同。 除非有非常重要的理由，否则建议您使用C++。

- Keith Kenny