python 和C函数共享内存

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mob64ca12da2d62 2024-09-10 06:03:21 ©著作权

文章标签 共享内存 Python #include 文章分类 Python 后端开发

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Python与C函数共享内存的解析

共享内存是进程间通信（IPC）的一种有效方式，允许多个进程访问同一块内存区域，这对于Python和C程序之间的交互尤为重要。本文将介绍如何在Python中利用C语言函数实现共享内存，并提供示例代码。

1. 什么是共享内存？

共享内存是一种用于实现进程间通信的机制。相较于其他IPC方式（如管道或消息队列），共享内存性能更高，因为它允许多个进程直接读写同一内存区域，而无需进行数据复制。 Python和C语言能够结合使用，将共享内存的优势发挥到极致。

2. 共享内存的工作原理

共享内存的基本原理是：一个进程创建共享内存区，其他进程访问该内存区。在Python与C的共享内存中，C负责创建和管理共享内存，而Python进行访问和处理。

关系图

erDiagram
    C_PROCESS {
        string name
        string memory_region
    }
    PYTHON_PROCESS {
        string name
        string memory_region
    }
    C_PROCESS ||--|| PYTHON_PROCESS : interacts

3. Python与C共享内存示例

在本示例中，我们将创建一个C语言动态链接库（shared library），然后从Python中调用该C函数。具体步骤如下：

3.1 C代码：创建共享内存

首先，我们需要编写C代码，用于创建共享内存并写入一些数据。

// shared_memory.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>

#define SHM_SIZE 1024

void create_shared_memory() {
    int shmid;
    char *shared_memory;

    // 创建共享内存
    shmid = shmget(IPC_PRIVATE, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666);
    shared_memory = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);

    // 写入数据
    strcpy(shared_memory, "Hello from C!");

    // 分离共享内存
    shmdt(shared_memory);
}

3.2 编译C代码

使用以下命令将C代码编译为动态链接库（.so文件）。

gcc -shared -o shared_memory.so -fPIC shared_memory.c

3.3 Python代码：访问共享内存

接下来，我们将编写Python代码，调用C函数并读取共享的内存数据。

import ctypes
import sysv_ipc

# 加载C语言共享库
lib = ctypes.CDLL('./shared_memory.so')

# 创建共享内存
def create_shared_memory():
    key = sysv_ipc.IPC_PRIVATE
    shm = sysv_ipc.SharedMemory(key, sysv_ipc.IPC_CREAT | 0666, size=1024)
    shm.write(b"Hello from Python!")
    return shm

# 读取共享内存
def read_shared_memory():
    key = sysv_ipc.IPC_PRIVATE
    shm = sysv_ipc.SharedMemory(key)
    data = shm.read()
    print("Read from shared memory:", data.decode())

if __name__ == "__main__":
    create_shared_memory()
    read_shared_memory()

4. 配置流程

共享内存的配置流程如下：

sequenceDiagram
    participant CProcess as C Process
    participant PythonProcess as Python Process
    CProcess->>PythonProcess: Create shared memory
    PythonProcess->>CProcess: Write to memory
    CProcess->>CProcess: Detach shared memory
    PythonProcess->>PythonProcess: Read from shared memory