파이썬 CTypes 구조체 자세히 알아보기 (PyThon, 파이선)

파이썬 CTypes 구조체 자세히 알아보기 (PyThon, 파이선)

파이썬에서 외부 라이브러리를 쓰기 위해서는 확장 모듈을 만들고 그 속에서 외부 라이브러리를 호출하는 방법이 있습니다. 사실 이보다 훨씬 더 간단한 방법이 있었는데, 바로 파이선에서 제공하는 파이썬 ctypes 모듈을 사용하는 것입니다. ctypes 모듈을 이용하면 C의 데이터 타입이나, DLL 혹은 공유 라이브러리(shared library)의 함수를 직접 사용할 수 있습니다.

[Python 자료형] 확장 모듈과 라이브러리

파이선 ctypes를 사용하는 방법은 매우 간단합니다. 다음 예제를 보겠습니다.

>>> import ctypes     <- 윈도우에서 테스트 한 결과.
>>> print(ctypes.windll.kernel32)
<WinDLL 'kernel32', handle   ...  at   ...>
 
>>> print(ctypes.cdll.msvcrt)
<CDLL 'msvcrt', handle  ...  at  ...>

파이썬 ctypes를 임포트하는 것으로 모든 준비가 끝납니다.

위 예제에서는 'stdcall' 방식의 함수는 windll로, 'cdecl' 방식의 함수는 cdll을 통해 호출하는 것을 보여줍니다. 이제는 직접 윈도우에 들어 있는 kernel32.dll 안의 함수를 호출해 보겠습니다.

>>> print(hex(ctypes.windll.kernel32.GetModuleHandleA(None)))
0x1d000000

참조 사항

stdcall와 cdecl은 함수 호출 규약이며, 함수가 호출될 때 매개변수가 스택에서 어떻게 전달되는지에 따라 stdcall과 cdecl로 나눌 수 있습니다.

stdcall은 불려진 함수가 스택에서 인자를 꺼내는(pop) 것이고, cdecl은 호출한 함수에서 스택의 인자를 꺼냅니다.

[Python 자료형] 확장 모듈과 라이브러리

파이썬 ctypes는 외부 함수 호출 말고도 C의 데이터 타입을 쓸 수가 있습니다. 아래는 기본적인 ctypes 함수가 지원하는 타입니다.

ctypes 타입	C 타입	Python 타입
c_short	Short	int
c_ushort	unsigned short	int
c_int	Int	int
c_uint	unsigned int	int
c_long	Long	int
c_ulong	usigned long	int
c_longlong	__int64 혹은 long long	int
c_ulonglong	unsigned __int64 혹은  unsigned long long	int
c_float	Float	float
c_double	Double	float
c_longdouble	long double	float
c_char_p	char * (NULL terminated)	unicode 혹은 None
c_wchar_p	wchar_t * (NULL terminated)	unicode 혹은 None

이를 이용해 간단한 예제를 만들겠습니다.

>>> from ctypes import *
>>> i = c_int(10)
 
>>> print("ctypes : ", i ,", value : ", i.value )
ctypes : c_long(10), value : 10

또한 다음 예제와 같이 파이썬 ctypes는 포인터도 지원합니다.

>>> k = c_int(10)
>>> pk = pointer(k)     <- c_int(10)의 포인터 값을 가져옵니다.
>>> print("position :", pointer(k), ", contents :", pk.contents)
position : <__main__.LP_c_long object at 0x018931C0> , contents : c__long(10)

게다가 구조체와 유니온(union)은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

>>> import ctypes
>>> class POINT(ctypes.Structure):
    _fields_ = [("X", ctypes.c_int), ("y", ctypes.c_int)]
>>> point = POINT(10, 20)
>>> print(point.x, point.y)
10 20
 
>>> point = POINT(y=5)
>>> print(point.x, point.y)
0 5

구조체와 유니온은 파이선에서 class로 표현되기 때문에 일단 class 객체를 생성하고, _fields_ 멤버 변수를 이용해 각 멤버 변수를 설정해주는 것입니다.

[Python 자료형] 확장 모듈과 라이브러리

다음 예제에서는 실제로 파이썬 ctypes을 어떻게 사용하는지 보겠습니다. 우선 윈도우에는 사용자에게 메시지 박스를 보여주는 MessageBoxA()라는 함수가 정의돼 있습니다. winuser.h 헤더파일에 정의돼 있는 MessageBoxA는 다음과 같습니다.

WINUSERAPI int WINAPI
MessageBoxA(
    HWND hWnd,
    LPCSTR lpText,
    LPCSTR lpCaption,
    UINT uType);

ctypes 모듈을 이용해 이를 래핑(wrapping)해 보겠습니다.

>>> from ctypes import c_int, WINFUNCTYPE, windll
>>> from ctypes.wintypes import HWND, LPCSTR, UINT
>>> prototype = WINFUNCTYPE(c_int, HWND, LPCSTR, LPCSTR, UINT)
>>> paramflags = (1, "hwnd", 0), (1, "text", "Hi"), (1, "caption", None), (1, "flags", 0)
>>> MessageBox = prototype(("MessageBoxA", windll.user32), paramflags)

이제 Python에서 MessageBox는 윈도우의 MessageBoxA() 함수를 가리킵니다. MessageBox를 아래와 같이 호출해 보겠습니다.

>>> MessageBox(text="Please, programming with python")
>>> MessageBox(text="Do you know about python?", flags=3)

그리하면 윈도우의 메시지 창이 나타나는 것을 볼 수 있습니다.

[파이썬 python ctypes가 지원하는 타입]

파이썬 CTypes 구조체 자세히 알아보기 (PyThon, 파이선)