PyPy 的 ctypes 实现¶

总结¶

术语

应用程序级代码 - 用完整 Python 编写的代码
解释器级代码 - 用 RPython 编写的代码，编译成其他东西，比如 C，解释器的一部分。

PyPy 的 ctypes 实现，在其当前状态下证明了实现一个模块的可行性，该模块具有与 CPython 的 ctypes 相同的接口和行为。

PyPy 的实现内部使用 libffi，就像 CPython 的 ctypes 一样。在我们的实现中，尽可能多的代码是用完整的 Python 编写的，而不是 RPython。在 CPython 的情况下，等效的操作是尽可能少地用 C 编写代码。我们本质上更倾向于快速实验，而不是担心这个第一个试用实现的速度。这使得我们能够在 2 个月的实际时间内提供一个具有 ctypes 功能大部分的可用实现。

我们重用了 CPython 中的 ctypes 包版本 1.0.2，原封不动。我们实现了 _ctypes，它是一个 C 模块，在 CPython 中主要用纯 Python 实现，基于一个更底层的扩展模块 _rawffi。

底层部分：`_rawffi`¶

这个 PyPy 扩展模块 (pypy/module/_rawffi) 提供了一个简单的接口来创建 C 对象（数组和结构）并通过 libffi 调用动态库中的函数。在大多数情况下释放对象，并确保引用彼此的对象保持活动，这是更高层的责任。

这个模块使用 libffi 的绑定，这些绑定在 rpython/rlib/libffi.py 中定义。

我们试图使这个模块尽可能小。可以想象，其他实现（例如 Jython）可以通过编写自己的 _rawffi 版本来使用我们的 ctypes 实现。

高级部分¶

重用的 ctypes 包位于 lib_pypy/ctypes 中。实现与 CPython 中 _ctypes 相同接口的 _ctypes 位于 lib_pypy/_ctypes 中。

讨论和限制¶

重新实现 ctypes 功能通常是可能的。PyPy 支持可插拔的垃圾收集器，其中一些是移动收集器，这意味着将 Python 对象中的直接引用传递给外部库的策略是不可行的（除非 GC 支持固定，而现在还没有）。这样做的结果是，有时需要复制而不是共享，这可能会导致一些语义差异。用 _rawffi 本身创建的 C 对象在 GC 堆之外分配，这样就可以将它们传递给外部函数，而无需担心。

将实现移植到解释器级别可能会提高其速度。此外，当前的分层和当前的 _rawffi 接口比严格必要的需要更多对象分配和复制；这也可以改进。

以下是当前实现的限制和缺失功能列表

ctypes.pythonapi 缺失。在之前的版本中，它存在并重定向到 cpyext C API 模拟层，但我们的实现没有对 GIL 做任何明智的处理，并且函数名称多了一个“Py”，例如 PyPyInt_FromLong()。它被移除是因为它没有帮助。
我们复制 Python 字符串，而不是使用指向原始缓冲区的指针
我们没有实现的功能
- 自定义对齐和位域
- 调整大小（resize() 函数）
- 非原生字节序对象
- 接受按值传递结构的回调函数
- ctypes 在其基本类型和用户对基本类型的子类之间存在细微的语义差异

运行应用程序示例¶

pyglet 已知可以运行。我们还尝试了 pygame-ctypes（它不再维护）和 pysqlite-ctypes 的快照，并取得了一些成功。我们只描述如何运行 pyglet 示例。

pyglet¶

我们尝试从其存储库中检出 pyglet，版本为 1984。

从 pyglet 中，以下示例已知可以运行

opengl.py

multiple_windows.py

events.py

html_label.py

timer.py

window_platform_event.py

fixed_resolution.py

用于运行 ctypes 测试的 pypy-c 翻译也可以用来运行 pyglet 示例。它们可以像这样运行，例如

$ cd pyglet/
$ PYTHONPATH=. ../ctypes-stable/pypy/goal/pypy-c examples/opengl.py

它们通常应该使用 ctrl-c 终止。有关它们应该如何运行的详细信息，请参阅它们的文档字符串。

以下示例由于与 ctypes 无关的原因无法运行

image_convert.py 需要 PIL

image_display.py 需要 PIL

astraea/astraea.py 需要 PIL

我们没有尝试以下示例

media_player.py 需要 avbin 或至少需要为 .wav 文件设置合适的声卡

video.py 需要 avbin

soundscape 需要 avbin