用 ctypes 替换共享库中的函数指针

Question

我正在尝试通过 ctypes 将共享库中的现有函数指针替换为 Python 中定义的回调。

共享库源C:

#include <assert.h>
#include <stdio.h>

void (*plot)();

int c_main(int argc, void** argv) {
  printf("plot is %p\n", (void*)plot);
  assert(plot != NULL);
  plot();
  return 0;
}

Python脚本来源：

from sys import platform
from pathlib import Path
import ctypes
import _ctypes


FUNCTYPE = ctypes.WINFUNCTYPE if platform == 'win32' else ctypes.CFUNCTYPE


def dlclose(obj):
    if platform == "win32":
        _ctypes.FreeLibrary(obj._handle)
    else:
        _ctypes.dlclose(obj._handle)


def enc_args(args):
    C_ARGS = (ctypes.POINTER(ctypes.c_char) * len(args))()
    for idx, arg in enumerate(args):
        C_ARGS[idx] = ctypes.create_string_buffer(arg.encode("utf-8"))
    return C_ARGS


@FUNCTYPE(None)
def plotxy():
    print("plotxy")


C_ARGS = enc_args([str(Path(__file__))])
CAUXDLL = ctypes.CDLL("./test.so")

print(plotxy)

print(CAUXDLL.plot)

CAUXDLL.plot = plotxy

print(CAUXDLL.plot)

print(CAUXDLL.c_main(len(C_ARGS), C_ARGS))

测试脚本：

gcc -fPIC -shared -o test.so test.c
python3 test.py

我得到的输出：

# ./test.sh
<CFunctionType object at 0x7fb1f0abb1c0>
<_FuncPtr object at 0x7fb1f0abb640>
<CFunctionType object at 0x7fb1f0abb1c0>
plot is (nil)
python3: test.c:8: c_main: Assertion `plot != NULL' failed.
./test.sh: line 3: 21171 Aborted                 python3 test.py

所以，好像Python(plotxy)中定义的函数是CFunctionType类型的，而C中定义的函数指针是_FuncPtr类型的。虽然应用了CAUXDLL中的replacement，但是在调用main函数的时候好像没有效果。

除了阅读 https://docs.python.org/3/library/ctypes.html#module-ctypes, I found other questions (e.g. or python cytpes creating callback function - Segmentation fault (core dumped))，但我找不到如何将 CFunctionType (plotxy) 转换为 _FuncPtr。

编辑

我相信这可能不是常规使用 ctypes 的问题。这是我已经成功实现的，并且在文档中有充分的解释。这个问题超出了。我不想执行 C 函数。我希望 Python 用 Python 中编写的回调替换现有的函数指针。请注意，可以使用辅助 C 函数来完成此操作（请参阅 https://github.com/ghdl/ghdl-cosim/blob/master/vhpidirect/shared/pycb/caux.c#L32-L40）。因此，这个问题是关于如何在没有辅助函数的情况下实现它（如果可能的话）。

Answer 1

从ctypes访问全局变量的方法是使用in_dll，但似乎没有公开的方法来更改函数指针。我只能读取和调用它，所以我认为没有辅助函数是不可能的。

下面的例子改变了一个 int 全局变量，但是 CFUNCTYPE 实例没有 value 成员来改变它。我添加了一个 C 助手来设置全局变量以解决该问题，并添加了回调的默认值以验证它在更改之前是否被正确访问。

test.c:

#include <stdio.h>

#define API __declspec(dllexport)

typedef void (*CB)();

void dllplot() {
    printf("default\n");
}

API CB plot = dllplot;
API int x = 5;

API int c_main() {
  printf("x=%d (from C)\n",x);
  plot();
  return 0;
}

API void set_cb(CB cb) {
    plot = cb;
}

test.py:

from ctypes import *

PLOT = CFUNCTYPE(None)

dll = CDLL('./test')
dll.c_main.argtypes = ()
dll.c_main.restype = c_int
dll.set_cb.argtypes = PLOT,
dll.set_cb.restype = None

@PLOT
def plotxy():
    print("plotxy")

x = c_int.in_dll(dll,'x')
plot = PLOT.in_dll(dll,'plot')
print(f'x={x.value} (from Python)')
x.value = 7
print('calling plot from Python directly:')
plot()
print('calling c_main():')
dll.c_main()
dll.set_cb(plotxy)
print('calling plot from Python after setting callback:')
plot()
print('calling plot from C after setting callback:')
dll.c_main()

输出：

x=5 (from Python)
calling plot from Python directly:
default
calling c_main():
x=7 (from C)
default
calling plot from Python after setting callback:
plotxy
calling plot from C after setting callback:
x=7 (from C)
plotxy

请注意，全局指针使用 .contents 来访问它们的值，因此我尝试使用 POINTER(CFUNCTYPE(None)) 和 plot.contents = plotxy 但这并没有正确分配全局变量和 C崩溃了。

我什至尝试添加一个实际的全局指针到函数指针：

API CB plot = dllplot;
API CB* pplot = &plot;

然后使用：

PLOT = CFUNCTYPE(None)
PPLOT = POINTER(PLOT)
plot = PPLOT.in_dll(dll,'pplot')
plot.contents = plotxy

让我通过 .contents 分配函数，但 c_main 仍然调用默认绘图值。因此，使用 CFUNCTYPE 作为函数参数以外的任何东西的功能似乎都没有实现。

用 ctypes 替换共享库中的函数指针

Replace a function pointer in a shared library with ctypes

c

python

ctypes

function-pointers

callback