
ctypes模块允许python代码与c语言库进行交互,其中ctypes.structure用于定义c语言中的结构体。当一个结构体包含指向其他内存区域的指针(例如ctypes.pointer(ctypes.c_float)),标准的python复制机制(如copy.deepcopy)并不能直接理解并深度复制这些指针所指向的底层c内存数据。
直接尝试使用memmove将数据从一个ctypes.POINTER类型复制到另一个未分配内存的ctypes.POINTER字段,会导致TypeError: invalid type错误,因为POINTER本身只是一个地址,而非实际的数据缓冲区。正确的做法是为复制后的指针字段分配新的内存,然后将原始指针所指向的数据复制到这块新内存中。
为了正确地深度复制一个包含指针字段的ctypes.Structure实例,我们需要一个两阶段的方法:
下面以一个名为Group的结构体为例,该结构体包含一个DataChannel指针数组,每个指针指向一个c_float数组,其长度由ChSize数组对应元素决定。
import ctypes as ct
class Group(ct.Structure):
_fields_ = (('ChSize', ct.c_uint32 * 9), # 9个通道的尺寸数组
('DataChannel', ct.POINTER(ct.c_float) * 9), # 9个指向浮点数数组的指针
('TriggerTimeLag', ct.c_uint32), # 触发时间延迟
('StartIndexCell', ct.c_uint16)) # 起始索引单元
def __repr__(self):
"""
为Group对象提供一个可读的字符串表示,便于调试。
它会显示所有字段的值,并特别地展示DataChannel指针所指向的数据内容。
"""
s = f'Group(ChSize={self.ChSize[:]}, TriggerTimeLag={self.TriggerTimeLag}, StartIndexCell={self.StartIndexCell})\n'
for i in range(9):
# 仅显示ChSize指定长度的数据
s += f' DataChannel[{i}] = {self.DataChannel[i][:self.ChSize[i]]}\n'
return s
def deepcopy(self):
"""
实现Group结构体的深度复制。
"""
# 1. 创建结构体本身的浅拷贝
# from_buffer_copy 会复制结构体所有直接包含的值类型字段和固定大小数组。
# 此时,copy.DataChannel 中的指针仍然指向原始 group 的数据。
copy = Group.from_buffer_copy(self)
# 2. 遍历指针字段并进行深度复制
for i, (size, channel) in enumerate(zip(self.ChSize, self.DataChannel)):
if channel: # 确保指针不为空
# 为当前通道的数据创建一个新的C数组缓冲区
# (*channel[:size]) 将原始指针指向的数据解引用并复制到新数组中
data = (ct.c_float * size)(*channel[:size])
# 将新创建的缓冲区转换为POINTER类型,并存储到副本的DataChannel字段中
# 这确保了副本的指针指向独立的新内存区域
copy.DataChannel[i] = ct.cast(data, ct.POINTER(ct.c_float))
else:
copy.DataChannel[i] = None # 如果原始指针为空,副本也设置为空
return copy为了验证deepcopy方法是否按预期工作,我们可以创建一个Group实例,对其进行初始化,然后进行深度复制。接着,修改原始Group实例的数据,并观察副本是否保持不变。
立即学习“Python免费学习笔记(深入)”;
# 1. 创建、初始化并显示原始Group对象
group = Group()
group.ChSize[:] = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] # 设置每个通道的数据长度
for i, size in enumerate(group.ChSize):
# 为每个通道动态分配数据并填充
data = (ct.c_float * size)(*[1.5 * n for n in range(size)])
group.DataChannel[i] = ct.cast(data, ct.POINTER(ct.c_float))
group.TriggerTimeLag = 123
group.StartIndexCell = 456
print("--- 原始 Group 对象 ---")
print(group)
# 2. 进行深度复制
copy = group.deepcopy()
# 3. 修改原始Group对象的通道数据,将其全部清零
# 注意:这里不仅将ChSize设为0,还将DataChannel指针设为None,
# 模拟原始数据被释放或修改的情况。
group.ChSize[:] = [0] * 9
group.DataChannel[:] = [None] * 9
print("\n--- 修改后的原始 Group 对象 ---")
print(group)
# 4. 显示副本Group对象,验证其数据是否未受原始对象修改的影响
print("\n--- 深度复制的副本 Group 对象 ---")
print(copy)通过运行上述代码,您将看到:
--- 原始 Group 对象 --- Group(ChSize=[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9], TriggerTimeLag=123, StartIndexCell=456) DataChannel[0] = [0.0] DataChannel[1] = [0.0, 1.5] DataChannel[2] = [0.0, 1.5, 3.0] DataChannel[3] = [0.0, 1.5, 3.0, 4.5] DataChannel[4] = [0.0, 1.5, 3.0, 4.5, 6.0] DataChannel[5] = [0.0, 1.5, 3.0, 4.5, 6.0, 7.5] DataChannel[6] = [0.0, 1.5, 3.0, 4.5, 6.0, 7.5, 9.0] DataChannel[7] = [0.0, 1.5, 3.0, 4.5, 6.0, 7.5, 9.0, 10.5] DataChannel[8] = [0.0, 1.5, 3.0, 4.5, 6.0, 7.5, 9.0, 10.5, 12.0] --- 修改后的原始 Group 对象 --- Group(ChSize=[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], TriggerTimeLag=123, StartIndexCell=456) DataChannel[0] = [] DataChannel[1] = [] DataChannel[2] = [] DataChannel[3] = [] DataChannel[4] = [] DataChannel[5] = [] DataChannel[6] = [] DataChannel[7] = [] DataChannel[8] = [] --- 深度复制的副本 Group 对象 --- Group(ChSize=[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9], TriggerTimeLag=123, StartIndexCell=456) DataChannel[0] = [0.0] DataChannel[1] = [0.0, 1.5] DataChannel[2] = [0.0, 1.5, 3.0] DataChannel[3] = [0.0, 1.5, 3.0, 4.5] DataChannel[4] = [0.0, 1.5, 3.0, 4.5, 6.0] DataChannel[5] = [0.0, 1.5, 3.0, 4.5, 6.0, 7.5] DataChannel[6] = [0.0, 1.5, 3.0, 4.5, 6.0, 7.5, 9.0] DataChannel[7] = [0.0, 1.5, 3.0, 4.5, 6.0, 7.5, 9.0, 10.5] DataChannel[8] = [0.0, 1.5, 3.0, 4.5, 6.0, 7.5, 9.0, 10.5, 12.0]
总之,当ctypes.Structure包含指向动态分配内存的指针字段时,必须通过自定义的深度复制方法来确保副本及其所有关联数据完全独立于原始对象。这通常涉及先对结构体本身进行浅拷贝,然后对所有指针字段手动分配新内存并复制数据。
以上就是Python ctypes结构体深度复制指南的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
每个人都需要一台速度更快、更稳定的 PC。随着时间的推移,垃圾文件、旧注册表数据和不必要的后台进程会占用资源并降低性能。幸运的是,许多工具可以让 Windows 保持平稳运行。
Copyright 2014-2025 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号