将一组NumPy数组传递给C函数以进行输入和输出

Question

假设我们有一个C函数,它接受一组一个或多个输入数组,处理它们,并将其输出写入一组输出数组.签名如下(count表示要处理的数组元素的数量):

void compute (int count, float** input, float** output)

我想通过ctypes从Python调用此函数,并使用它将转换应用于一组NumPy数组.对于定义为的单输入/单输出功能

void compute (int count, float* input, float* output)

以下作品:

import ctypes
import numpy

from numpy.ctypeslib import ndpointer

lib = ctypes.cdll.LoadLibrary('./block.so')
fun = lib.compute
fun.restype = None
fun.argtypes = [ctypes.c_int,
                ndpointer(ctypes.c_float),
                ndpointer(ctypes.c_float)]

data = numpy.ones(1000).astype(numpy.float32)
output = numpy.zeros(1000).astype(numpy.float32)
fun(1000, data, output)

但是,我不知道如何为多个输入(和/或输出)创建相应的指针数组.有任何想法吗？

编辑:所以人们一直想知道如何compute知道有多少数组指针(count指每个数组的元素数).事实上,这是硬编码的; 给定的compute确切知道预期的输入和输出数量.调用者的工作是验证input并output指向正确数量的输入和输出.这是一个compute采用2个输入并写入1个输出数组的示例:

virtual void compute (int count, float** input, float** output) {
    float* input0 = input[0];
    float* input1 = input[1];
    float* output0 = output[0];
    for (int i=0; i<count; i++) {
        float fTemp0 = (float)input1[i];
        fRec0[0] = ((0.09090909090909091f * fTemp0) + (0.9090909090909091f * fRec0[1]));
        float fTemp1 = (float)input0[i];
        fRec1[0] = ((0.09090909090909091f * fTemp1) + (0.9090909090909091f * fRec1[1]));
        output0[i] = (float)((fTemp0 * fRec1[0]) - (fTemp1 * fRec0[0]));
        // post processing
        fRec1[1] = fRec1[0];
        fRec0[1] = fRec0[0];
    }
}

我无法影响签名和实现compute.我可以验证(来自Python!)需要多少输入和输出.关键问题是如何argtypes为函数提供正确的,以及如何在NumPy(指向NumPy数组的指针数组)中生成适当的数据结构.

Answer 1

要使用Numpy数组专门执行此操作,您可以使用:

import numpy as np
import ctypes

count = 5
size = 1000

#create some arrays
arrays = [np.arange(size,dtype="float32") for ii in range(count)] 

#get ctypes handles
ctypes_arrays = [np.ctypeslib.as_ctypes(array) for array in arrays]

#Pack into pointer array
pointer_ar = (ctypes.POINTER(C.c_float) * count)(*ctypes_arrays)

ctypes.CDLL("./libfoo.so").foo(ctypes.c_int(count), pointer_ar, ctypes.c_int(size))

事物的C面可能是这样的:

# function to multiply all arrays by 2
void foo(int count, float** array, int size)
{
   int ii,jj;
   for (ii=0;ii<count;ii++){
      for (jj=0;jj<size;jj++)
         array[ii][jj] *= 2;    
   }

}