利用 Python 打包 DLL 供 C# 调用的实现与解析

在现代软件开发中，跨语言调用是一项十分常见的需求。比如题主需求提到的把 Python 应用打包成 dll，供 C# 程序调用。

Python 提供了多个模块和工具支持与其他语言的交互。利用 ctypes 或 cffi 模块，以及 pybind11，我们可以将 Python 函数封装为 C 接口。同时，借助 pyinstaller 等工具，我们可以将 Python 程序打包为独立运行的二进制文件。

技术选择

我们动手逐一实现上面三种方案。

打包 Python 为 DLL 的具体步骤

环境准备

pip install pyinstaller

编写 Python 脚本

以下是一个示例 Python 脚本，定义了一个简单的数学运算函数。

def add(a, b):
    """
    Returns the sum of two numbers.
    """
    return a + b

if __name__ == "__main__":
    import ctypes
    from ctypes import CFUNCTYPE, c_int

    # Define the function signature for the C interface
    AddFunc = CFUNCTYPE(c_int, c_int, c_int)

    # Create an instance of the function
    add_c = AddFunc(add)

    # Export the function for C#
    ctypes.pythonapi.Py_Initialize()
    ctypes.CDLL(None).add = add_c

使用 ctypes 生成 DLL

将 Python 脚本打包为 DLL 文件。

打包命令

使用 pyinstaller 工具：

pyinstaller --onefile --name=my_library --dll my_script.py

此命令会生成一个名为 my_library.dll 的文件。

检查输出

确认 dist/ 目录下生成的 DLL 文件包含所有所需的功能。

在 C# 中调用 DLL

以下是 C# 的代码示例，演示如何调用生成的 DLL。

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

class Program
{
    [DllImport("my_library.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
    public static extern int add(int a, int b);

    static void Main(string[] args)
    {
        int result = add(3, 5);
        Console.WriteLine("Result: " + result);
    }
}

运行与验证

技术细节解析

Python 函数封装为 C 接口

在 Python 中，我们通过 ctypes 模块的 CFUNCTYPE 方法，将 Python 函数转换为 C 语言的函数指针，从而使其能够被其他语言调用。

AddFunc = CFUNCTYPE(c_int, c_int, c_int)
add_c = AddFunc(add)

这种转换的关键在于函数签名的定义。我们需要确保参数类型和返回值类型与 C 的标准一致。

DLL 的调用约定

在 C# 中调用 DLL 时，必须指定调用约定（CallingConvention）。Python 打包生成的 DLL 默认使用 Cdecl 调用约定。

[DllImport("my_library.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]

如果调用约定不匹配，将导致运行时错误。

注意事项与优化

打包体积优化

Python 打包生成的 DLL 文件可能包含整个 Python 运行时，这会导致体积较大。可以通过以下方式优化：

跨平台支持

错误处理与调试

在调试过程中，可以通过以下方式排查问题：

作者：汪子熙