c – 使用Python扩展C的初学者(特别是Numpy)

我正在研究一个实时音频处理动态链接库,其中我有一个浮点数据的二维C数组,代表音频缓冲区.一个维度是时间(样本),另一个维度是通道.我想把这个传递给一个python脚本作为DSP处理的numpy数组,然后我想把它传回给C,这样数据就可以继续沿C的处理链传递.C中的成员函数做了处理看起来像这样:

void myEffect::process (float** inputs, float** outputs, int buffersize)
{
    //Some processing stuff
}

阵列输入和输出具有相同的大小.整数buffersize是输入和输出数组中的列数.在python方面,我希望处理由一个如下所示的函数执行:

class myPyEffect
    ...
    ...
    def process(self,inBuff):
    #inBuff and outBuff should be numpy arrays
        outBuff = inBuff * self.whatever # some DSP stuff
        return outBuff
    ...
    ...

现在,我的问题是,如何以最有效的方式将数据输入和输出C(避免不必要的内存复制等)?到目前为止,对于简单的参数更改,我一直在使用如下的C-API调用:

pValue = PyObject_CallMethod(pInstance, "setParameter", "(f)", value);

我是否为我的numpy数组使用类似的东西,还是有更好的方法?谢谢阅读.

最佳答案
您可以完全避免处理NumPy C API. Python可以使用ctypes模块调用C代码,并且可以使用数组的ctypes属性访问指向numpy数据的指针.

这是一个最小的例子,显示了1d平方和函数的过程.

ctsquare.c

#include <stdlib.h>

float mysumsquares(float * array, size_t size) {
    float total = 0.0f;
    size_t idx;
    for (idx = 0; idx < size; ++idx) {
        total += array[idx]*array[idx];
    }
    return total;
}

汇编到ctsquare.so

这些命令行适用于OS X,您的操作系统可能会有所不同.

$gcc -O3 -fPIC -c ctsquare.c -o ctsquare.o
$ld -dylib -o ctsquare.so -lc ctsquare.o

ctsquare.py

import numpy
import ctypes

# pointer to float type, for convenience
c_float_p = ctypes.POINTER(ctypes.c_float)

# load the library
ctsquarelib = ctypes.cdll.LoadLibrary("ctsquare.so")

# define the return type and arguments of the function
ctsquarelib.mysumsquares.restype = ctypes.c_float
ctsquarelib.mysumsquares.argtypes = [c_float_p, ctypes.c_size_t]

# python front-end function, takes care of the ctypes interface
def myssq(arr):
    # make sure that the array is contiguous and the right data type
    arr = numpy.ascontiguousarray(arr, dtype='float32')

    # grab a pointer to the array's data
    dataptr = arr.ctypes.data_as(c_float_p)

    # this assumes that the array is 1-dimensional. 2d is more complex.
    datasize = arr.ctypes.shape[0]

    # call the C function
    ret = ctsquarelib.mysumsquares(dataptr, datasize)

    return ret

if __name__ == '__main__':
    a = numpy.array([1,2,3,4])
    print 'sum of squares of [1,2,3,4] =', myssq(a)

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