Python调用windows下DLL详解 - ctypes库的使用

Posted 2023-01-04 magictong

作者：童磊（magictong）

P.S. 之前的排版乱掉了，这里做一下排版，顺便改一下里面的一些用词错误。

2011-08-04
 
在python中某些时候需要C做效率上的补充，在实际应用中，需要做部分数据的交互。使用python中的ctypes模块可以很方便的调用windows的dll（也包括linux下的so等文件），下面将详细的讲解这个模块（以windows平台为例子），当然我假设你们已经对windows下怎么写一个DLL是没有问题的。
 
引入ctypes库

from ctypes import * 

假设你已经有了一个的DLL（名字是add.dll)，且该DLL有一个符合cdecl（这里强调调用约定是因为，stdcall调用约定和cdecl调用约定声明的导出函数，在使用python加载时使用的加载函数是不同的，后面会有说明）调用约定的导出函数Add。
建立一个Python文件DllCall.py测试：

from ctypes import *
dll = CDLL("add.dll")
print dll.Add(1, 102)

结果：103
 
上面是一个简单的例子。下面简单聊一下调用流程：
1、加载DLL
上面已经说过，加载的时候要根据你将要调用的函数是符合什么调用约定的。
stdcall调用约定：两种加载方式

Objdll = ctypes.windll.LoadLibrary("dllpath")
Objdll = ctypes.WinDLL("dllpath") 

cdecl调用约定：也有两种加载方式

Objdll = ctypes.cdll.LoadLibrary("dllpath")
Objdll = ctypes.CDLL("dllpath")
其实windll和cdll分别是WinDLL类和CDll类的对象。

 
2、调用dll中的方法
在1中加载dll的时候会返回一个DLL对象（假设名字叫Objdll），利用该对象就可以调用dll中的方法。
e.g.如果dll中有个方法名字叫Add（注意如果经过stdcall声明的方法，如果不是用def文件声明的导出函数或者extern “C” 声明的话，编译器会对函数名进行修改，这个要注意，我想你们懂的。）
调用：nRet = Objdll.Add(12, 15) 即完成一次调用。
 
看起来调用似乎很简单，不要只看表象，呵呵，这是因为Add这个函数太简单了，现在假设函数需要你传入一个int类型的指针（int*），可以通过库中的byref关键字来实现，假设现在调用的函数的第三个参数是个int类型的指针。

intPara = c_int(9)
dll.sub(23, 102, byref(intPara))
print intPara.value

如果是要传入一个char缓冲区指针，和缓冲区长度，方法至少有四种：

# 方法1
szPara = create_string_buffer('/0'*100)
dll.PrintInfo(byref(szPara), 100);
print szPara.value

# 方法2
sBuf = 'aaaaaaaaaabbbbbbbbbbbbbb'
pStr = c_char_p( )
pStr.value = sBuf
#pVoid = ctypes.cast( pStr, ctypes.c_void_p ).value
dll.PrintInfo(pStr, len(pStr.value))
print pStr.value

# 方法3
strMa = "/0"*20
FunPrint  = dll.PrintInfo
FunPrint.argtypes = [c_char_p, c_int]
#FunPrint.restypes = c_void_p
nRst = FunPrint(strMa, len(strMa))
print strMa,len(strMa)

# 方法4
pStr2 = c_char_p("/0")
print pStr2.value
#pVoid = ctypes.cast( pStr, ctypes.c_void_p ).value
dll.PrintInfo(pStr2, len(pStr.value))
print pStr2.value

 
3、C基本类型和ctypes中实现的类型映射表
ctypes数据类型          C数据类型
c_char                          char
c_short                         short
c_int                             int
c_long                          long
c_ulong                        unsign long
c_float                          float
c_double                      double
c_void_p                       void
对应的指针类型是在后面加上"_p"，如int*是c_int_p等等。
在python中要实现c语言中的结构，需要用到类。
 
4、DLL中的函数返回一个指针。
虽然这不是个好的编程方法，不过这种情况的处理方法也很简单，其实返回的都是地址，把他们转换相应的python类型，再通过value属性访问。

pchar = dll.getbuffer()
szbuffer = c_char_p(pchar)
print szbuffer.value

 
5、处理C中的结构体类型
为什么把这个单独提出来说呢，因为这个是最麻烦也是最复杂的，在python里面申明一个类似c的结构体，要用到类，并且这个类必须继承自Structure。
先看一个简单的例子：
C里面dll的定义如下：

typedef struct _SimpleStruct

    int    nNo;
    float  fVirus;
    char   szBuffer[512];
 SimpleStruct, *PSimpleStruct;
typedef const SimpleStruct*  PCSimpleStruct;

extern "C"int  __declspec(dllexport) PrintStruct(PSimpleStruct simp);
int PrintStruct(PSimpleStruct simp)

    printf ("nMaxNum=%f, szContent=%s", simp->fVirus, simp->szBuffer);
return simp->nNo;

 
Python的定义：

from ctypes import *
class SimpStruct(Structure):
    _fields_ = [ ("nNo", c_int),
              ("fVirus", c_float),
              ("szBuffer", c_char * 512)]

dll = CDLL("AddDll.dll")
simple = SimpStruct();
simple.nNo = 16
simple.fVirus = 3.1415926
simple.szBuffer = "magicTong/0"
print dll.PrintStruct(byref(simple))

上面例子结构体很简单，但是如果结构体里面有指针，甚至是指向结构体的指针，处理起来会复杂很多，不过Python里面也有相应的处理方法，下面这个例子来自网上，本来想自己写个，懒得写了，能说明问题就行：
C代码如下：

typedef struct 



char words[10];

keywords;

 

typedef struct 



keywords *kws;

unsigned int len;

outStruct;

extern "C"int __declspec(dllexport) test(outStruct *o);

int test(outStruct *o)



unsigned int i = 4;

o->kws = (keywords *)malloc(sizeof(unsigned char) * 10 * i);

strcpy(o->kws[0].words, "The First Data");

strcpy(o->kws[1].words, "The Second Data");

 

o->len = i;

return 1;

Python代码如下：

class keywords(Structure):

        _fields_ = [('words', c_char *10),]

 

class outStruct(Structure):

        _fields_ = [('kws', POINTER(keywords)),

                    ('len', c_int),]

o = outStruct()

dll.test(byref(o))

 

print o.kws[0].words;

print o.kws[1].words;

print o.len

 
6、例子
说得天花乱坠，嘿嘿，还是看两个实际的例子。
例子1：
这是一个GUID生成器，其实很多第三方的python库已经有封装好的库可以调用，不过这得装了那个库才行，如果想直接调用一些API，对于python来说，也要借助一个第三方库才行，这个例子比较简单，就是用C++调用win32 API来产生GUID，然后python通过调用C++写的dll来获得这个GUID。
C++代码如下：

extern "C"__declspec(dllexport) char* newGUID(); 

char* newGUID() 



     static char buf[64] = 0;

     statc GUID guid;

     if (S_OK == ::CoCreateGuid(&guid)) 

     

       _snprintf(buf, sizeof(buf),

"%08X-%04X-%04X-%02X%02X-%02X%02X%02X%02X%02X%02X", 

guid.Data1,

guid.Data2,

guid.Data3,

guid.Data4[0], guid.Data4[1],

guid.Data4[2], guid.Data4[3],

guid.Data4[4], guid.Data4[5],

guid.Data4[6], guid.Data4[7]

); 

       ::MessageBox(NULL, buf, "GUID", MB_OK); 

      

     return (char*)buf;

Python代码如下：

def CreateGUID():

    """

    创建一个全局唯一标识符

    类似：E06093E2-699A-4BF2-A325-4F1EADB50E18

    NewVersion

    """

    try:

        # dll path

        strDllPath = sys.path[0] + str(os.sep) + "createguid.dll"

        dll = CDLL(strDllPath)

        b = dll.newGUID()

        a = c_char_p(b)

    except Exception, error:

        print error

        return ""

    return a.value

 
例子2：
这个例子是调用kernel32.dll中的createprocessA函数来启动一个记事本进程

#  -*- coding:utf-8 -*- 

from ctypes import * 

 

# 定义_PROCESS_INFORMATION结构体

class _PROCESS_INFORMATION(Structure):

    _fields_ = [('hProcess', c_void_p),

                ('hThread', c_void_p),

                ('dwProcessId', c_ulong),

                ('dwThreadId', c_ulong)]

 

# 定义_STARTUPINFO结构体

class _STARTUPINFO(Structure):

    _fields_ = [('cb',c_ulong),

                ('lpReserved', c_char_p),

                ('lpDesktop', c_char_p),

                ('lpTitle', c_char_p),

                ('dwX', c_ulong),

                ('dwY', c_ulong),

                ('dwXSize', c_ulong),

                ('dwYSize', c_ulong),

                ('dwXCountChars', c_ulong),

                ('dwYCountChars', c_ulong),

                ('dwFillAttribute', c_ulong),

                ('dwFlags', c_ulong),

                ('wShowWindow', c_ushort),

                ('cbReserved2', c_ushort),

                ('lpReserved2', c_char_p),

                ('hStdInput', c_ulong),

                ('hStdOutput', c_ulong),

                ('hStdError', c_ulong)]

 

NORMAL_PRIORITY_CLASS = 0x00000020 #定义NORMAL_PRIORITY_CLASS

kernel32 = windll.LoadLibrary("kernel32.dll")  #加载kernel32.dll

CreateProcess = kernel32.CreateProcessA   #获得CreateProcess函数地址

ReadProcessMemory = kernel32.ReadProcessMemory #获得ReadProcessMemory函数地址

WriteProcessMemory = kernel32.WriteProcessMemory #获得WriteProcessMemory函数地址

TerminateProcess = kernel32.TerminateProcess

 

# 声明结构体

ProcessInfo = _PROCESS_INFORMATION()

StartupInfo = _STARTUPINFO()

fileName = 'c:/windows/notepad.exe'       # 要进行修改的文件

address = 0x0040103c        # 要修改的内存地址

strbuf = c_char_p("_")        # 缓冲区地址

bytesRead = c_ulong(0)       # 读入的字节数

bufferSize =  len(strbuf.value)     # 缓冲区大小

 

# 创建进程 

CreateProcess(fileName, 0, 0, 0, 0, NORMAL_PRIORITY_CLASS,0, 0, byref(StartupInfo), byref(ProcessInfo))