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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：

def fib(n):
    a,b = 1,1
    for i in range(n):
        a,b = a+b, a
    return a

C 版本：

int fib(int n) {
    int tmp, i, a, b;
    a = b = 1;
    for (i=0; i<n; i++) {
        tmp = a; a += b; b = tmp;
    }
    return a;
}

Cython 版本：

def fib(int n):
    cdef int i, a, b
    a,b = 1,1
    for i in range(n):
        a,b = a+b, a
    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]:

%load_ext Cython

使用 magic 命令执行 Cython：

In [2]:

%%cython
def cyfib(int n):
    cdef int i, a, b
    a,b = 1,1
    for i in range(n):
        a,b = a+b, a
    return a

In [3]:

cyfib(10)

Out[3]:

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]:

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

In [5]:

%%file setup.py
from distutils.core import setup
from distutils.extension import Extension
from Cython.Distutils import build_ext

ext = Extension("fib", sources=["fib.pyx"])

setup(ext_modules=[ext], cmdclass={'build_ext': build_ext})
Overwriting setup.py

编译成功：

In [6]:

!python setup.py build_ext --inplace
running build_ext
cythoning fib.pyx to fib.c
building 'fib' extension
creating build
creating build\temp.win-amd64-2.7
creating build\temp.win-amd64-2.7\Release
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
writing build\temp.win-amd64-2.7\Release\fib.def
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]:

import fib

fib.cyfib(10)

Out[7]:

144

In [8]:

import zipfile

f = zipfile.ZipFile('07-03-fib.zip','w',zipfile.ZIP_DEFLATED)

names = 'fib.pyd fib.pyx fib.c setup.py'.split()
for name in names:
    f.write(name)

f.close()

使用 pyximport

清理之前生成的文件：

In [9]:

!rm -f fib.pyd
!rm -f fib.pyc
!rm -f fib.C

清理之前导入的模块：

In [10]:

%reset -f

使用 pyximport：

In [11]:

import pyximport
pyximport.install()

import fib

fib.cyfib(10)

Out[11]:

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]:

!rm -f setup*.*
!rm -f fib.*
!rm -rf build