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引言 前段时间在作信号分析处理方面的项目时，需要将时域数据通过快速傅立叶变换（FFT）转换到频域以便作进一步的后续处理，由于涉及到实时运算速度方面的要求，需要考虑程序算法的运算性能问题，因此，信号处理算法是在C语言里面完成的，然后将算法的实现函数封装到动态连接库（DLL）文件中，最后在Python中调用该DLL文件中的函数，通过GUI界面程序对运算结果作图形的显示等工作。这儿就涉及到了如何将C语言中的复数数组（Complex array）类型与Python中的数据类型进行交互的问题。 在Python语言中，可以使用ctypes模块调用其它如C++语言编写的动态链接库DLL文件中的函数，前面多篇文章中已经讲了传递数值/指针/字符串参数、传递结构体参数、传递普通数组类型的例子，大家可以回看一下，这样可以更好的理解本次要讲的内容。 这次的例子运行环境配置如下： ① 操作系统：win7 64位 ② Python版本：python2.7.14 ③ 函数约定的调用方式：C调用（cdecl）方式。 下面给出具体的实现过程。 函数说明 在DLL文件（MyDLL.dll）中设计一个函数ComplexArrayFunc，其功能是，对于输入长度为n的复数数组x，将x数组中的每个复数元素的实部和虚部进行交换，得到同样长度的复数数组y。该函数的声明如下图所示： 函数ComplexArrayFunc的具体C语言实现代码如下： 下面给出Python中转为numpy数组的调用方法。 Python中调用方法 如果像前面几篇文章中所示，考虑将上面函数中复数数组x直接使用ctypes模块声明为复数类型的指针，即形如“POINT(c_double)”的形式，但是，在ctypes模块中声明指针的类型时，该模块中没有c_complex类型的指针，所以这种方式不容易实现。 一般情况下，在C语言与Python语言通过DLL文件进行混合编程时，可将DLL函数中的数组类型转换为numpy库里面的数组类型，这样做的好处是可以借助于numpy强大的分析处理功能对数据直接作后续处理。 在numpy库中，直接支持复数数组类型的声明。 按照这种思路，在Python中的函数声明及调用方式如下： 上面方法在声明函数的参数类型时，对于参数x和y复数类型的指针变量，使用np.ctypeslib.ndpointer(dtype=np.complex128,ndim=1,flags="C_CONTIGUOUS")直接将numpy中的数组声明为C语言中的复数数组类型，最后调用时，将numpy中的数组类型a和b传到该函数中即可。 需要说明的是，复数类型的指针x和y，其类型要声明为np.complex128，因为在C语言中，其实部和虚部都是为double类型（8个字节）的数据，所以对应numpy中的复数类型为8*2=16Bytes=128bits。 在Python中使用这种调用方法的优点是，只需在文件中对函数原型声明一次即可，虽然在声明时麻烦些，但可以在Python中多个地方多次调用该函数，且可以直接使用numpy中的数组类型，无需作另外的转换工作。 完整的测试代码 完整的测试代码如下图所示：
运行结果如下图所示：
从运行结果可以看出，对于包含3个复数元素的数组a，已经实现了其实部和虚部进行交换的目的，通过复数数组b进行了正确的输出。这种调用方法可以实现C语言复数数组与numpy复数数组之间数据正确的传递。 总结 从这个例子中可以看出，在Python语言中，通过ctypes模块调用其它如C++语言编写的动态链接库DLL文件中的函数，在提高软件运行效率的同时，也可以充分利用目前市面上各种第三方的DLL库函数，以扩充Python软件的功能及应用领域，减少重复编写代码、重复造轮子的工作量，这也充分体现了Python语言作为一种胶水语言所特有的优势。 本文由编码那些事原创，请关注+转发+收藏+点赞，带你一起长知识！ |
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