Wrap C struct с элементом массива для доступа в python: SWIG? Cython? ctypes?

Правила Китона:

 cdef extern from "the header.h": ctypedef struct element: int dim int vertices int quadrature_degree int polynomial_degree int ngi int quadrature_familiy double *weight double *l double *n double *dn void get_element(int dim, int vertices, int quad_degree, int poly_degree, element* e) 

а затем вы можете связать его, из пространства python

Использование SWIG требует типовой карты для всей структуры. Tyepmaps только для членов указателя недостаточно, так как они не имеют контекста, чтобы узнать, какой размер для инициализации массивов NumPy. Мне удалось получить то, что я хотел, со следующими типами (в основном это копирование и вставка из numpy.i и адаптация к моим потребностям, возможно, не очень надежная):

 %typemap (in,numinputs=0) element * (element temp) { $1 = &temp; } %typemap (argout) element * { /* weight */ { npy_intp dims[1] = { $1->ngi }; PyObject * array = PyArray_SimpleNewFromData(1, dims, NPY_DOUBLE, (void*)($1->weight)); if (!array) SWIG_fail; $result = SWIG_Python_AppendOutput($result,array); } /* l */ { npy_intp dims[2] = { $1->ngi, $1->dim }; PyObject * array = PyArray_SimpleNewFromData(2, dims, NPY_DOUBLE, (void*)($1->l)); if (!array) SWIG_fail; $result = SWIG_Python_AppendOutput($result,array); } /* n */ { npy_intp dims[2] = { $1->ngi, $1->vertices }; PyObject * array = PyArray_SimpleNewFromData(2, dims, NPY_DOUBLE, (void*)($1->n)); if (!array) SWIG_fail; $result = SWIG_Python_AppendOutput($result,array); } /* dn */ { npy_intp dims[3] = { $1->ngi, $1->vertices, $1->dim }; PyObject * array = PyArray_SimpleNewFromData(3, dims, NPY_DOUBLE, (void*)($1->dn)); if (!array) SWIG_fail; $result = SWIG_Python_AppendOutput($result,array); } } 

Это отличается от функции C тем, что возвращает кортеж массивов NumPy с данными, которые мне нужны, что более удобно, чем необходимость извлечь его из element позже. Кроме того, первая печатная карта исключает необходимость передачи объекта element типа. Следовательно, я могу полностью скрыть структуру element от пользователя python.

Интерфейс python, наконец, выглядит следующим образом:

 weight, l, n, dn = get_element(dim, vertices, quadrature_degree, polynomial_degree) 

Ознакомьтесь со строками типа SWIG. Они позволяют писать собственный код для обработки определенных типов, конкретных экземпляров (тип + имя) или даже групп аргументов. Я не делал этого для структур, но специально обрабатывал случай, когда функция C принимает массив и его размер:

 %typemap(in) (int argc, Descriptor* argv) { /* Check if is a list */ if (PyList_Check($input)) { int size = PyList_Size($input); $1 = size; ... $2 = ...; } } 

Это займет пару аргументов int argc, Descriptor* argv (так как имена предоставлены, они должны также совпадать) и передать вам используемый PyObject, и вы пишете все C-коды, необходимые для преобразования. Вы можете сделать typemap для double *dn который будет использовать API NumPy C для преобразования.

Вы всегда можете писать вспомогательные функции, которые принимают «элемент *» и возвращают элемент, который вы ищете:

 double element_get_weight(const element *elt, unsigned n) { assert(n < elt->ngi); /* or similar */ return elt->weight[n]; } 

Если вам нужно изменить, а также прочитать, вам понадобятся отдельные «геттеры» и «сеттеры», конечно.

SWIG должен иметь возможность легко переносить все эти файлы и выставлять их на Python.

Производительность может быть невелика, но, вероятно, не хуже альтернатив.

Эквивалент созданному SWIG модулю с использованием ctypes выглядит следующим образом:

 from ctypes import * from numpy import * lib = cdll.LoadLibrary("_get_element.so") class ELEMENT(Structure): _fields_ = [("dim", c_int), ("vertices", c_int), ("quadrature_degree", c_int), ("polynomial_degree", c_int), ("ngi", c_int), ("quadrature_familiy", c_int), ("weight", POINTER(c_double)), ("l", POINTER(c_double)), ("n", POINTER(c_double)), ("dn", POINTER(c_double))] cget_element = lib.get_element cget_element.argtypes = [c_int, c_int, c_int, c_int, POINTER(ELEMENT)] cget_element.restype = None def get_element(dim, vertices, quad_degree, poly_degree): e = ELEMENT() cget_element(dim, vertices, quad_degree, poly_degree, byref(e)) weight = asarray([e.weight[i] for i in xrange(e.ngi)], dtype=float64) l = asarray([el[i] for i in xrange(e.ngi*e.dim)], dtype=float64).reshape((e.ngi,e.dim)) n = asarray([en[i] for i in xrange(e.ngi*e.vertices)], dtype=float64).reshape((e.ngi,e.vertices)) dn = asarray([e.dn[i] for i in xrange(e.ngi*e.vertices*e.dim)], dtype=float64).reshape((e.ngi,e.vertices,e.dim)) return weight, l, n, dn