C ++ и Python: передача и возврат двумерного массива с двумя указателями из python в c ++

Question

Я хочу передать двумерный массив из Python в функцию C ++, а затем вернуть массив того же типа, того же размера, в Python. Я знаю, что этот вопрос уже задавался несколько раз, но я не смог найти подходящий ответ на свой вопрос. Для моей проблемы я должен использовать массив двойных указателей и иметь функцию, возвращающую массив двойных указателей (не void, как показывают многие примеры).

Моя функция C ++:

#include <stdio.h>      
#include <stdlib.h> 

extern "C" double** dot(double **a, int m, int n){

    double **arr = (double **)malloc(m * sizeof(double *)); 
    for (int i=0; i<m; i++) 
         arr[i] = (double*)malloc(n * sizeof(double));

    for (int i=0; i < m; i++){
        for (int j=0; j < n; j++){
            arr[i][j] = a[i][j];
            }
    }
    return arr;
}  

На данный момент я использовал Ctypes. Я знаю, что мог бы использовать интерфейс Swig, но я бы предпочел избегать его, учитывая, что я не очень хорошо его знаю. Тем не менее, я все еще открыт для любого предложения. Моя проблема, если бы мне пришлось использовать Swig, заключается в том, что, если я не ошибаюсь, мне пришлось бы использовать Typemap, чтобы разложить структуру указателя, и эту часть я не очень хорошо понимаю.

На данный момент я пробовал в Python:

import ctypes as c
import numpy as np

ty_ = np.ctypeslib._ctype_ndarray(c.POINTER(c.POINTER(c.c_double)), (3,3))
x = np.arange(9.).reshape(3,3)

_dll = ctypes.CDLL('./double_2D.so')

_foobar = _dll.dot
_foobar.argtype = type(y)
_foobar.restype = type(y)

d = _foobar(y, 3, 3) #I would like d to be a nice matrix like x 

Я также пробовал

c.cast(_foobar(y,3,3), c.POINTER(c.POINTER(c.c_double)))

Но ни один из приведенных выше примеров не работает. Таким образом, любое предложение для определения argtype или restype или фрагмента для Typemap в Swig будет очень полезным.

Answer 1

Листинг [Python 3.Docs]: ctypes - библиотека сторонних функций для Python .

Пара мыслей:

• " doubleмассив указателей"вводит в заблуждение:
  • Массива нет
  • " двойной указатель"может означать либо указатель на двойной , либо указатель на указатель на что-то (включая double )
• Решение с двойными указателями (на double :)) кажетсянемного сложнее, (как также указано в комментариях). Я склонен думать, что это XY Проблема . Обычно нужно иметь дело только с простыми указателями, особенно если их знания в этой области не очень сильны (и это, кажется, применимо здесь, как я заметил из других вопросов, идентичных (или очень похожих) к этому, которые вы представили)и затем удалил)

В любом случае, вот простой пример для демонстрационных целей.

dll00.c :

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#if defined(_WIN32)
#  define DLL00_EXPORT_API __declspec(dllexport)
#else
#  define DLL00_EXPORT_API
#endif


#if defined(__cplusplus)
extern "C" {
#endif

DLL00_EXPORT_API double **init(double **ppMat, int m, int n);
DLL00_EXPORT_API int cleanup(double **ppMat, int m);

#if defined(__cplusplus)
}
#endif

DLL00_EXPORT_API double **init(double **ppMat, int m, int n) {
    const double factor = 7.0;
    printf("\n----- FROM C: Multiplying input matrix by: %.3f\n", factor);
    double **ret = malloc(m * sizeof(double*));
    for (int i = 0; i < m; i++) {
        ret[i] = malloc(n * sizeof(double));
        for (int j = 0; j < n; j++) {
            ret[i][j] = ppMat[i][j] * factor;
        }
    }
    return ret;
}

DLL00_EXPORT_API int cleanup(double **ppMat, int m) {
    int ret = 0;
    if (ppMat) {
        printf("\n----- FROM C: free\n");
        for (int i = 0; i < m; i++) {
            free(ppMat[i]);
            ret++;
            ppMat[i] = NULL;
        }
        free(ppMat);
    }
    return ++ret;
}

code00.py :

#!/usr/bin/env python3

import sys
import ctypes as ct
from pprint import pprint as pp


DLL_NAME = "./dll00.dll"


def ptr2d_to_mat(ptr, rows, cols):
    return tuple(tuple(ptr[i][j] for j in range(cols)) for i in range(rows))


def main():
    dll00 = ct.CDLL(DLL_NAME)
    init = dll00.init
    cleanup = dll00.cleanup

    rows = 4
    cols = 6

    DblPtr = ct.POINTER(ct.c_double)
    DblPtrPtr = ct.POINTER(DblPtr)

    init.argtypes = [DblPtrPtr, ct.c_int, ct.c_int]
    init.restype = DblPtrPtr
    cleanup.argtypes = [DblPtrPtr, ct.c_int]
    cleanup.restype = ct.c_int

    DblPtrArr = DblPtr * rows

    DblArr = ct.c_double * cols
    DblArrArr = DblArr * rows

    first_value = 6
    in_mat = tuple(tuple(range(cols * i + first_value, cols * (i + 1) + first_value)) for i in range(rows))
    print("Input matrix:")
    pp(in_mat)
    in_arr = DblArrArr(*in_mat)
    in_ptr = ct.cast(DblPtrArr(*(ct.cast(row, DblPtr) for row in in_arr)), DblPtrPtr)  # Cast each row and the final array to (corresponding) pointers
    out_ptr = init(in_ptr, rows, cols)
    out_mat = ptr2d_to_mat(out_ptr, rows, cols)
    cleanup(out_ptr, rows)
    print("\nOutput matrix:")
    pp(out_mat)


if __name__ == "__main__":
    print("Python {0:s} {1:d}bit on {2:s}\n".format(" ".join(item.strip() for item in sys.version.split("\n")), 64 if sys.maxsize > 0x100000000 else 32, sys.platform))
    main()
    print("\nDone.")

Вывод :

[cfati@CFATI-5510-0:e:\Work\Dev\StackOverflow\q058226790]> sopr.bat
*** Set shorter prompt to better fit when pasted in StackOverflow (or other) pages ***

[prompt]> "c:\Install\x86\Microsoft\Visual Studio Community\2017\VC\Auxiliary\Build\vcvarsall.bat" x64
**********************************************************************
** Visual Studio 2017 Developer Command Prompt v15.9.16
** Copyright (c) 2017 Microsoft Corporation
**********************************************************************
[vcvarsall.bat] Environment initialized for: 'x64'

[prompt]> dir /b
code00.py
dll00.c

[prompt]> cl /nologo /DDLL dll00.c  /link /NOLOGO /DLL /OUT:dll00.dll
dll00.c
   Creating library dll00.lib and object dll00.exp

[prompt]> dir /b
code00.py
dll00.c
dll00.dll
dll00.exp
dll00.lib
dll00.obj

[prompt]> "e:\Work\Dev\VEnvs\py_064_03.07.03_test0\Scripts\python.exe" code00.py
Python 3.7.3 (v3.7.3:ef4ec6ed12, Mar 25 2019, 22:22:05) [MSC v.1916 64 bit (AMD64)] 64bit on win32

Input matrix:
((6, 7, 8, 9, 10, 11),
 (12, 13, 14, 15, 16, 17),
 (18, 19, 20, 21, 22, 23),
 (24, 25, 26, 27, 28, 29))

----- FROM C: Multiplying input matrix by: 7.000

----- FROM C: free

Output matrix:
((42.0, 49.0, 56.0, 63.0, 70.0, 77.0),
 (84.0, 91.0, 98.0, 105.0, 112.0, 119.0),
 (126.0, 133.0, 140.0, 147.0, 154.0, 161.0),
 (168.0, 175.0, 182.0, 189.0, 196.0, 203.0))

Done.

Вы также можете взглянуть на [SO]: Проблемы с передачей и получением массивов для функции C с использованием ctypes (ответ @ CristiFati) , что очень похоже (почти идентично, я бы сказал) на это.