在Python中包装C库：C，Cython或ctypes？

Question

我想从Python应用程序调用C库。我不想包装整个API，只包装与我的情况相关的函数和数据类型。如我所见，我有三个选择：

1. 在C中创建一个实际的扩展模块。可能有点过头了，我还想避免学习扩展编写的开销。
2. 使用Cython将C库的相关部分公开给Python。
3. 使用Pythonctypes与外部库进行通信，从而完成整个工作。

我不确定2）还是3）是更好的选择。3）的优点是它ctypes是标准库的一部分，并且生成的代码将是纯Python –尽管我不确定该优点实际上有多大。

两种选择都有其他优点/缺点吗？您推荐哪种方法？

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编辑： 感谢您的所有答复，它们为希望做类似事情的任何人提供了很好的资源。当然，仍需针对单个案例做出决定-
没有人会回答“这是对的”。就我自己而言，我可能会使用ctypes，但我也期待在其他项目中试用Cython。

由于没有一个单一的真实答案，因此接受一个答案多少有些武断。我选择了FogleBird的答案，因为它提供了对ctypes的一些很好的了解，并且它也是当前投票最高的答案。但是，我建议您阅读所有答案以获得一个很好的概述。

再次感谢。

Answer 1

ctypes 是快速完成任务的最佳选择，并且在仍在编写Python的情况下很高兴与您合作！

我最近包装了一个FTDI驱动程序，用于使用ctypes与USB芯片进行通信，这很棒。我完成了所有工作，并在不到一个工作日的时间内完成了工作。（我只实现了我们需要的功能，大约有15个功能）。

出于同一目的，我们以前使用的是第三方模块PyUSB。PyUSB是实际的C /
Python扩展模块。但是PyUSB在阻止读写时并没有释放GIL，这给我们带来了麻烦。因此，我使用ctypes编写了自己的模块，该模块在调用本机函数时会释放GIL。

需要注意的一件事是，ctypes不会知道#define所使用的库中的常量和内容，而只会知道函数，因此您必须在自己的代码中重新定义这些常量。

这是一个代码最终的外观示例（大量内容被删除，只是试图向您展示其要旨）：

from ctypes import *

d2xx = WinDLL('ftd2xx')

OK = 0
INVALID_HANDLE = 1
DEVICE_NOT_FOUND = 2
DEVICE_NOT_OPENED = 3

...

def openEx(serial):
    serial = create_string_buffer(serial)
    handle = c_int()
    if d2xx.FT_OpenEx(serial, OPEN_BY_SERIAL_NUMBER, byref(handle)) == OK:
        return Handle(handle.value)
    raise D2XXException

class Handle(object):
    def __init__(self, handle):
        self.handle = handle
    ...
    def read(self, bytes):
        buffer = create_string_buffer(bytes)
        count = c_int()
        if d2xx.FT_Read(self.handle, buffer, bytes, byref(count)) == OK:
            return buffer.raw[:count.value]
        raise D2XXException
    def write(self, data):
        buffer = create_string_buffer(data)
        count = c_int()
        bytes = len(data)
        if d2xx.FT_Write(self.handle, buffer, bytes, byref(count)) == OK:
            return count.value
        raise D2XXException

有人对各种选项做了一些基准测试。

如果不得不包装带有许多类/模板/等的C
++库，我可能会更加犹豫。但是ctypes可以很好地与结构配合使用，甚至可以回调到Python中。