c - Python CFFI - 无法在函数调用中使用格式化的 Python 字符串作为字节数组

Question

我正在学习如何包含用Python C编写的代码的各种方法，因为我有一个漂亮的Microchip设备的API......使用起来很乏味，我想通过为它添加一个Python包装器来让我将来的生活更轻松，这将使我更快地测试东西。一种方法是使用 cffi 模块，该模块甚至为用户提供verify()，基本上调用 C 编译器来检查提供的cdef(...)是否正确。

我写了一个小项目，以便我可以首先学习如何正确使用cffi。它由两部分组成

1. 库 - 用 C 编写。我相应地使用cmake和make来编译其代码：

   CMakeLists.txt

   project(testlib_for_cffi)
   cmake_minimum_required(VERSION 2.8)
   set(CMAKE_BUILD_TYPE Release)
   set(CMAKE_CXX_FLAGS "-fPIC ${CMAKE_C_FLAGS}")
   # Debug build
   set(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "${CMAKE_C_FLAGS_DEBUG} -Wall -g -O0")
   # Release build
   set(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "${CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE} -Os")
   aux_source_directory(. SRC_LIST)
   add_library(testcffi SHARED ${SRC_LIST})
   # Not required for the library but needed if I want to check for memory leaks with Valgrind
   set(SRC main.c)
   add_executable(${PROJECT_NAME} ${SRC})
   target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PUBLIC testcffi)
   

   testcffi.h

   typedef struct
   {
     double x;
     double y;
     double z;
     char *label;
   } point_t;
   // Creation, printing and deletion
   point_t* createPoint(double x, double y, double z, char *label);
   void printPoint(point_t *point);
   void deletePoint(point_t *point);
   

   testcffi.c

   #include "testcffi.h"
   #include <stdio.h>
   #include <malloc.h>
   point_t* createPoint(double x, double y, double z, char *label) {
     point_t *p = malloc(sizeof(point_t));
     p->x = x;
     p->y = y;
     p->z = z;
     p->label = label;
     return p;
   }
   void printPoint(point_t *point) {
     if(point == NULL) return;
     printf("Data:ntx : %fnty : %fntz : %fntmsg : "%s"n", point->x, point->y, point->z, point->label);
   }
   void deletePoint(point_t *point) {
     if(point == NULL) return;
     free(point);
     point = NULL;
   }
   

2. 在 Python 中测试代码 - 代码演示了struct的用法以及上面库中的三个函数：

           #!/usr/bin/python3
           from cffi import FFI
           import random
           ffi = FFI()
           # Add library's header
           ffi.cdef('''
               typedef struct
               {
                 double x;
                 double y;
                 double z;
                 char * label;
               } point_t;
               // Creation, printing and deletion
               point_t * createPoint(double x=0., double y=0., double z=0., char *label="my_label");
               void printPoint(point_t *point);
               void deletePoint(point_t *point);
           ''')
           # Load shared object from subdirectory `build`
           CLibTC = ffi.dlopen('build/libtestcffi.so')
           def createList(length=5):
               if len:
                   lst = []
                   for i in range(0, length):
                       lst.append(CLibTC.createPoint(
                           float(random.random()*(i+1)*10),
                           float(random.random()*(i+1)*10),
                           float(random.random()*(i+1)*10),
                           b'hello'  # FIXME Why does ONLY this work?
                           # ('point_%d' % i).encode('utf-8') # NOT WORKING
                           # 'point_{0}'.format(str(i)).encode('utf-8') # NOT WORKING
                           # ffi.new('char[]', 'point_{0}'.format(str(i)).encode('utf-8')) # NOT WORKING
                       ))
                   return lst
               return None
   
           def printList(lst):
               if lst and len(lst):
                   for l in lst:
                       CLibTC.printPoint(l)
           list_of_dstruct_ptr = createList(10)
           printList(list_of_dstruct_ptr)
   

问题来自字节数组，我必须将Python字符串转换为该数组才能将数据传递到C代码中的相应位置。

上面的代码正在工作，但是我想使用其他类似于b'hello'的字符串。这就是为什么我试图在Python中使用format()（以及它的简写%）来组合一堆字母和一个数字但是。它没有成功。我要么得到""作为point_t struct的label参数的值，要么得到一个奇怪的交替垃圾数据（主要是既不是字母也不是数字的奇怪字符）。

我

以为我错误地使用了 encode() 函数，但是当我在 Python 交互式 shell 中对其进行测试时，我得到了与使用 b'...' 相同的输出。

知道这里发生了什么吗？

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一个很好知道的问题：从我目前所读到的内容来看，cffi似乎在 Python 中使用垃圾收集来释放 C 代码中动态分配的内存。我已经用一堆点测试了它，但我想确保这种情况实际上总是如此。

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更新：好的，所以似乎没有new(...)的事情确实有效，但是在这种情况下，所有值都与循环中的最后一个值相同。例如，如果循环增加到 10，则所有 Python 对象struct标签中都将包含 10。这似乎是一个参考问题。当我使用new(...)时，我得到垃圾数据。

Answer 1

在你的 C 代码中，point_t结构label char *，即指向内存中其他地方的指针。 如果创建 10 个 point_t 结构，它们将包含指向内存中其他位置的 10 个字符串的指针。 您必须确保只要您使用point_t结构，这 10 个字符串就保持活动状态。 CFFI无法猜测有这样的关系。 当您执行调用CLibTC.createPoint(..., some_string)时，CFFI 会在调用周围分配一个char[]数组并复制其中some_string，但此char[]内存在调用后被释放。

请改用这种代码：

c_string = ffi.new("char[]", some_string)
lst.append(createPoint(..., c_string))
keepalive.append(c_string)

其中keepalive是另一个列表，只要您需要point_t包含有效的label，您就必须确保它保持活动状态。