通过ctypes导入Python中的C++函数:为什么分段出错

Question

我试图从Python调用此C++文件(myfunc.cpp(。我决定使用ctypes模块，因为它似乎可以很好地用于C和C++代码。我遵循了几个教程(例如，从Python调用C++代码的Modern/2020方法(，其中建议在Python中要调用的C++函数的顶部添加"extern C"。

#include <iostream>
#include <cmath>
#include <vector>
#include <cstdio>
using namespace std;
int from_xy(int x, int y, int nside) {
return x + (nside * y);
}
std::vector<int> to_xy(int k, int nside) {
int x = k%nside;
int y = floor(k / nside);
vector<int> res(x, y);
return res;
}
int modNegOperator(int k, int n){
return ((k %= n) < 0) ? k+n : k;
}
extern "C"
double** create2Darray(unsigned nside,  double mx, double my) {
int n_matrix = nside * nside;
double **array2D = 0;
array2D = new double *[n_matrix];
for (int h = 0; h < n_matrix; h++) {
array2D[h] = new double[n_matrix];
for (int w = 0; w < n_matrix; w++) {
// fill in some initial values
// (filling in zeros would be more logic, but this is just for the example)
array2D[h][w] = 0;
}
}
for (int h = 0; h < n_matrix; h++){
std::vector<int> xy_vec = to_xy(h, nside);
int modneg1 = modNegOperator(xy_vec[0] + 1,nside);
int modneg2 = modNegOperator(xy_vec[0] - 1,nside);
int modneg3 = modNegOperator(xy_vec[1] + 1,nside);
int modneg4 = modNegOperator(xy_vec[1] - 1,nside);
int pos1 = from_xy(modneg1, xy_vec[1], nside);
int pos2 = from_xy(modneg2, xy_vec[1], nside);
int pos3 = from_xy(xy_vec[0], modneg3, nside);
int pos4 = from_xy(xy_vec[0], modneg4, nside);
double half_mx = mx / 2;
double half_my = my / 2;
array2D[h][h] = 0;
array2D[h][pos1] = half_mx;
array2D[h][pos2] = half_mx;
array2D[h][pos3] = half_my;
array2D[h][pos4] = half_my;
}
return array2D;
}

然后我创建了一个共享库：

g++ -fPIC -shared -o libTest.so myfunc.cpp

创建了一个myLib.py文件，其中包括：

import ctypes
import sys
import os
dir_path = os.path.dirname(os.path.realpath(__file__))
handle = ctypes.CDLL(dir_path + "/libTest.so")
handle.create2Darray.argtypes = [ctypes.c_int, ctypes.c_double, ctypes.c_double]
def create2Darray(nside, mx, my):
return handle.create2Darray(nside, mx, my)

然而，当我尝试在python中运行我的函数时：

from myLib import *
create2Darray(4, 0.01,0.01)

我有"分段错误"。

你知道我做错了什么吗？你有什么建议吗？或者建议另一种方法，我可以用它在python中导入我的C++函数。当然，另一种选择是用C.重写代码

Answer 1

正如我们在聊天中提到的，问题中发布的代码segfault，因为以下代码在第一次调用时返回零长度向量：

std::vector<int> to_xy(int k, int nside) {
int x = k%nside;
int y = floor(k / nside);
vector<int> res(x, y);    // if k==0, this is length 0
return res;
}

那么这个代码在这里出错：

for (int h = 0; h < n_matrix; h++){
std::vector<int> xy_vec = to_xy(h, nside);          // length 0
int modneg1 = modNegOperator(xy_vec[0] + 1,nside);  // xy_vec[0] faults.

我们在聊天中讨论的代码没有失败，因为：

vector<int> res(x, y);    // if k==0, this is length 0

已更改为：

vector<int> res{x, y};    // curly braces, length 2

在解决了这个问题之后，Python代码只需要定义.restype，从技术上讲，第一个参数是c_uint：

handle.create2Darray.argtypes = ctypes.c_uint, ctypes.c_double, ctypes.c_double
handle.create2Darray.restype = ctypes.POINTER(ctypes.POINTER(ctypes.c_double))

然后代码将正确返回double**。