Cython：Cython 基础，将源代码转换成扩展模块

Cython 基础

之前使用了手动的方法对 C 程序进行编译，而 Cython 则简化了这个过程。

考虑之前的斐波拉契数列，Python 版本：

  1. def fib(n):
  2.     a,b = 1,1
  3.     for i in range(n):
  4.         a,b = a+b, a
  5.     return a

C 版本：

  1. int fib(int n) {
  2.     int tmp, i, a, b;
  3.     a = b = 1;
  4.     for (i=0; i<n; i++) {
  5.         tmp = a; a += b; b = tmp;
  6.     }
  7.     return a;
  8. }

Cython 版本：

  1. def fib(int n):
  2.     cdef int i, a, b
  3.     a,b = 1,1
  4.     for i in range(n):
  5.         a,b = a+b, a
  6.     return a

这里 cdef 定义了 C 变量的类型。

Cython 的好处在于，我们使用了 Python 的语法，又有 C/C++ 的效率，同时省去了之前直接编译成扩展模块的麻烦，并且提供了原生的 Numpy 支持。

官方网址：http://www.cython.org

其主要用法有两点：

  • 将 Python 程序转化为 C 程序
  • 包装 C/C++ 程序

将源代码转换成扩展模块

ipython 中使用 Cython 命令

导入 Cython magic 命令：

In [1]:

  1. %load_ext Cython

使用 magic 命令执行 Cython：

In [2]:

  1. %%cython
  2. def cyfib(int n):
  3.     cdef int i, a, b
  4.     a,b = 1,1
  5.     for i in range(n):
  6.         a,b = a+b, a
  7.     return a

In [3]:

  1. cyfib(10)

Out[3]:

  1. 144

使用 distutils 编译 Cython

Cython 代码以 .pyx 结尾，先通过 cython 转化为 .c 文件，再用 gcc 转化为 .so(.pyd) 文件。

In [4]:

  1. %%file fib.pyx
  2. def cyfib(int n):
  3.     cdef int i, a, b
  4.     a,b = 1,1
  5.     for i in range(n):
  6.         a,b = a+b, a
  7.     return a
  1. Writing fib.pyx

In [5]:

  1. %%file setup.py
  2. from distutils.core import setup
  3. from distutils.extension import Extension
  4. from Cython.Distutils import build_ext
  5.  
  6. ext = Extension("fib", sources=["fib.pyx"])
  7.  
  8. setup(ext_modules=[ext], cmdclass={'build_ext': build_ext})
  1. Overwriting setup.py

编译成功：

In [6]:

  1. !python setup.py build_ext --inplace
  1. running build_ext
  2. cythoning fib.pyx to fib.c
  3. building 'fib' extension
  4. creating build
  5. creating build\temp.win-amd64-2.7
  6. creating build\temp.win-amd64-2.7\Release
  7. C:\Miniconda\Scripts\gcc.bat -DMS_WIN64 -mdll -O -Wall -IC:\Miniconda\include -IC:\Miniconda\PC -c fib.c -o build\temp.win-amd64-2.7\Release\fib.o
  8. writing build\temp.win-amd64-2.7\Release\fib.def
  9. C:\Miniconda\Scripts\gcc.bat -DMS_WIN64 -shared -s build\temp.win-amd64-2.7\Release\fib.o build\temp.win-amd64-2.7\Release\fib.def -LC:\Miniconda\libs -LC:\Miniconda\PCbuild\amd64 -lpython27 -lmsvcr90 -o "C:\Users\Jin\Documents\Git\python-tutorial\07. interfacing with other languages\fib.pyd"

使用模块：

In [7]:

  1. import fib
  2.  
  3. fib.cyfib(10)

Out[7]:

  1. 144

In [8]:

  1. import zipfile
  2.  
  3. f = zipfile.ZipFile('07-03-fib.zip','w',zipfile.ZIP_DEFLATED)
  4.  
  5. names = 'fib.pyd fib.pyx fib.c setup.py'.split()
  6. for name in names:
  7.     f.write(name)
  8.  
  9. f.close()

使用 pyximport

清理之前生成的文件：

In [9]:

  1. !rm -f fib.pyd
  2. !rm -f fib.pyc
  3. !rm -f fib.C

清理之前导入的模块：

In [10]:

  1. %reset -f

使用 pyximport：

In [11]:

  1. import pyximport
  2. pyximport.install()
  3.  
  4. import fib
  5.  
  6. fib.cyfib(10)

Out[11]:

  1. 144

install 函数会自动检测 Cython 程序的变化，并自动导入，不过一般用于简单文件的编译。

清理生成的文件：

In [12]:

  1. !rm -f setup*.*
  2. !rm -f fib.*
  3. !rm -rf build

原文: https://nbviewer.jupyter.org/github/lijin-THU/notes-python/blob/master/07-interfacing-with-other-languages/07.03-cython-part-1.ipynb