Python ctypes结构体深度复制：处理指针字段的完整指南

import ctypes as ct

class Group(ct.Structure):
    _fields_ = (
        ('ChSize', ct.c_uint32 * 9),          # 每个通道的数据大小
        ('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
    )

    def __repr__(self):
        """
        为Group结构体提供一个可读的字符串表示，方便调试。
        它会显示所有字段的值，并尝试打印DataChannel指向的实际数据。
        """
        s = f'Group(ChSize={self.ChSize[:]}, TriggerTimeLag={self.TriggerTimeLag}, StartIndexCell={self.StartIndexCell})\n'
        for i in range(9):
            # 访问指针指向的数据，使用切片操作[:self.ChSize[i]]来限制长度
            # 如果指针为None，则显示空列表
            data_content = self.DataChannel[i][:self.ChSize[i]] if self.DataChannel[i] else []
            s += f'  DataChannel[{i}] = {data_content}\n'
        return s

class Group(ct.Structure):
    _fields_ = (
        ('ChSize', ct.c_uint32 * 9),
        ('DataChannel', ct.POINTER(ct.c_float) * 9),
        ('TriggerTimeLag', ct.c_uint32),
        ('StartIndexCell', ct.c_uint16)
    )

    def __repr__(self):
        s = f'Group(ChSize={self.ChSize[:]}, TriggerTimeLag={self.TriggerTimeLag}, StartIndexCell={self.StartIndexCell})\n'
        for i in range(9):
            data_content = self.DataChannel[i][:self.ChSize[i]] if self.DataChannel[i] else []
            s += f'  DataChannel[{i}] = {data_content}\n'
        return s

    def deepcopy(self):
        # 1. 对结构体本身进行浅复制
        # from_buffer_copy 会复制结构体的所有直接成员，包括指针的值。
        # 此时，copy.DataChannel[i] 和 self.DataChannel[i] 仍然指向相同的外部数据。
        copy = Group.from_buffer_copy(self)

        # 2. 遍历DataChannel数组，深度复制指针指向的外部数据
        for i, (size, original_channel_ptr) in enumerate(zip(self.ChSize, self.DataChannel)):
            if original_channel_ptr: # 确保原始指针不为None
                # 创建一个新的ctypes数组，用于存储当前通道的数据副本
                # (*original_channel_ptr[:size]) 将原始指针指向的数据解包并填充到新数组
                new_data_buffer = (ct.c_float * size)(*original_channel_ptr[:size])

                # 将新数组转换为POINTER(ct.c_float)类型，并赋值给复制结构体
                # ct.cast 用于将一个ctypes对象（如数组）转换为指定的ctypes类型
                copy.DataChannel[i] = ct.cast(new_data_buffer, ct.POINTER(ct.c_float))
            else:
                # 如果原始指针为None，则复制结构体中的对应指针也设为None
                copy.DataChannel[i] = None
        return copy

# 1. 创建并初始化一个Group实例
group = Group()
group.ChSize[:] = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] # 初始化每个通道的大小

# 为每个DataChannel指针分配内存并填充数据
for i, size in enumerate(group.ChSize):
    # 创建一个ctypes浮点数数组作为数据缓冲区
    data_buffer = (ct.c_float * size)(*[1.5 * n for n in range(size)])
    # 将数组的地址转换为POINTER(ct.c_float)并赋值给DataChannel
    group.DataChannel[i] = ct.cast(data_buffer, ct.POINTER(ct.c_float))

group.TriggerTimeLag = 123
group.StartIndexCell = 456
print("--- 原始 Group 实例 ---")
print(group)

# 2. 执行深度复制
copy_group = group.deepcopy()
print("\n--- 复制后的 Group 实例 (在修改原始实例之前) ---")
print(copy_group)

# 3. 修改原始 Group 实例的 DataChannel 和 ChSize
# 将原始实例的ChSize全部设为0，DataChannel指针设为None，模拟数据被清空
group.ChSize[:] = [0] * 9
group.DataChannel[:] = [None] * 9

print("\n--- 修改原始 Group 实例后 ---")
print(group)

print("\n--- 再次打印复制后的 Group 实例 (应保持不变) ---")
print(copy_group)