如何使用在python中回傳二維陣列（矩陣）的C函式（并進行一些計算機繁重的計算）從python復制二維陣列（矩陣）？

我想在 C 函式中復制一個 2D numpy 陣列（矩陣），然后在 python 中取回它（然后利用 C 的速度優勢在 C 中對其進行一些計算）。因此，我需要 C 函式matrix_copy回傳一個二維陣列（或者，我猜是指向它的指標）。我嘗試使用以下代碼，但得到以下輸出（可以看到陣列的第二維丟失了）。

matrix_in.shape:
(300, 200)
matrix_out.shape:
(300,)

我怎樣才能更改代碼（我猜是matrix_copy.c添加一些指標魔術），以便我可以獲得matrix_inin的精確副本matrix_out？

這是main.py腳本：

from ctypes import c_void_p, c_double, c_int, cdll
from numpy.ctypeslib import ndpointer
import numpy as np
import pdb

n = 300
m = 200
matrix_in = np.random.randn(n, m)

lib = cdll.LoadLibrary("matrix_copy.so")
matrix_copy = lib.matrix_copy
matrix_copy.restype = ndpointer(dtype=c_double,
                          shape=(n,))

matrix_out = matrix_copy(c_void_p(matrix_in.ctypes.data),
            c_int(n),
            c_int(m))

print("matrix_in.shape:")
print(matrix_in.shape)
print("matrix_out.shape:")
print(matrix_out.shape)

這是matrix_copy.c腳本：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

double * matrix_copy(const double * matrix_in, int n, int m){
    double * matrix_out = (double *)malloc(sizeof(double) * (n*m));
    int index = 0;
    for(int i=0; i< n; i  ){
        for(int j=0; j<m; j  ){
            matrix_out[i j] = matrix_in[i j];
            //matrix_out[i][j] = matrix_in[i][j];
            // some heavy computations not yet implemented
        }
    }
    return matrix_out;
}

我用命令編譯

cc -fPIC -shared -o matrix_copy.so matrix_copy.c

作為旁注，為什么符號matrix_out[i][j] = matrix_in[i][j];會在編譯時給我一個錯誤？

matrix_copy.c:10:26: error: subscripted value is not an array, pointer, or vector
            matrix_out[i][j] = matrix_in[i][j];
            ~~~~~~~~~~~~~^~
matrix_copy.c:10:44: error: subscripted value is not an array, pointer, or vector
            matrix_out[i][j] = matrix_in[i][j];

uj5u.com熱心網友回復：

第二個維度是“丟失”的，因為您在 的命名shape引數中明確省略了它ndpointer。改變：

matrix_copy.restype = ndpointer(dtype=c_double, shape=(n,))

至

matrix_copy.restype = ndpointer(dtype=c_double, shape=(n,m), flags='C')

其中flags='C'還指出，回傳的資料以row major order連續存盤。

關于matrix_out[i][j] = matrix_in[i][j];拋出錯誤，請考慮matrix_in型別為const double *. matrix_in[i]會產生一個型別的值const double- 你如何進一步索引這個值（即，用[j]）？

如果要模擬通過單個指標訪問二維陣列，則必須手動計算偏移量。matrix_out[i j]還不夠，因為您必須考慮每個子陣列的跨度：

matrix_out[i * m   j] = matrix_in[i * m   j];

請注意，在 C 中，size_t在處理記憶體大小或陣列長度時，通常首選使用的型別。

matrix_copy.c，簡化：

#include <stdlib.h>

double *matrix_copy(const double *matrix_in, size_t n, size_t m)
{
    double *matrix_out = malloc(sizeof *matrix_out * n * m);

    for (size_t i = 0; i < n; i  )
        for (size_t j = 0; j < m; j  )
            matrix_out[i * m   j] = matrix_in[i * m   j];

    return matrix_out;
}

matrix.py，更明確的型別：

from ctypes import c_void_p, c_double, c_size_t, cdll, POINTER
from numpy.ctypeslib import ndpointer
import numpy as np

c_double_p = POINTER(c_double)

n = 300
m = 200
matrix_in = np.random.randn(n, m).astype(c_double)

lib = cdll.LoadLibrary("matrix_copy.so")
matrix_copy = lib.matrix_copy
matrix_copy.argtypes = c_double_p, c_size_t, c_size_t
matrix_copy.restype = ndpointer(
        dtype=c_double,
        shape=(n,m),
        flags='C')

matrix_out = matrix_copy(
        matrix_in.ctypes.data_as(c_double_p),
        c_size_t(n),
        c_size_t(m))

print("matrix_in.shape:", matrix_in.shape)
print("matrix_out.shape:", matrix_out.shape)
print("in == out", matrix_in == matrix_out)

uj5u.com熱心網友回復：

傳入的資料可能是單個記憶體塊。您需要創建子結構。

在我的 C 代碼中，我必須對通過 swig 傳入的資料（塊）執行以下操作：

void divide2DDoubleArray(double * &block, double ** &subblockdividers, int noofsubblocks, int subblocksize){
    /* The starting address of a block of doubles is used to generate
     * pointers to subblocks.
     *
     *      block: memory containing the original block of data
     *      subblockdividers: array of subblock addresses
     *      noofsubblocks: specify the number of subblocks produced
     *      subblocksize: specify the size of the subblocks produced
     *
     * Design by contract: application should make sure the memory
     * in block is allocated and initialized properly.
     */
    // Build 2D matrix for cols
    subblockdividers=new double *[noofsubblocks];
    subblockdividers[0]= block;
    for (int i=1; i<noofsubblocks;   i) {
        subblockdividers[i] = &subblockdividers[i-1][subblocksize];
    }
}

現在 subblockdividers 中回傳的指標可以按照您想要的方式使用。

完成后不要忘記釋放 subblockdividers。（注意：可能需要調整才能將其編譯為 C 代碼）

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