路后端开发 2024-02-26

揭秘Python代码加速的神奇武器：探索Cython的奥秘

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Cython 是什么?
如何使用 Cython?
pyx 文件是啥？

首先和大家明确一下这个 Cython 单词的读法，这个单词 Cython 以前我也不知道怎么读，老后面要用到这个包的时候，老是不清楚读法，才去搜了下，这个单词是读”赛森”，就是前面的 cy 是读”赛”，后面的读法和python后一个读音 thon 一样。

Cython 是什么?

Cython 是一个用于将 Python 代码转换为 C 或 C++代码的编译器。Cython 能够将 Python 和 C 混合编码的.pyx 脚本转换为 C 代码，主要用于优化 Python 脚本性能或 Python 调用 C 函数库。它允许充分发挥 c 语言性能的优势，同时仍然可以利用 Python 的简洁和易用性。Cython 是一个独立的项目，并不是 Python 的标准库，可以通过安装Cython包来使用它。

使用 Cython 可以将 Python 代码转换成 C 或 C++，进而编译成机器码。这样一来，借助 Cython，可以在不改变太多代码的情况下，大大提高 Python 程序的运行度。Cython 还提供了一些特性，如声明静态类型、直接调用 C 函数等，一步提升性能。

要安装 Cython 包，可以使用 Python 的包管理器（如 pip）在命令行中运行以下命令：

pip install Cython

安装完成后就可以在 Python 代码中使用 Cython 来编译优化。常见的用例包括编写高性能的数值计算库、C/C++的接口协议等。

当您使用 Cython 将 Python 代码转换为 C 或 C++代码时，需要将 Python 代码中的一些部分注为 Cython 特定类型注释，以告诉 Cython 如何将其转换为相应的 C 或 C++代码。

如何使用 Cython?

使用 Cython 有一定的规则，不可以随便使用，以下是一个简单的示例，演示如何使用 Cython 将 Python 代码转换 C 代码：

1. 创建一个名为example.pyx的文件，包含以下代码：

def add_numbers(a, b):
    return a + b

2. 然后你需要在相同目录下创建一个名为setup.py的文件，包含以下代码：

from distutils.core import setup
from Cython.Build import cythonize

setup(ext_modules = cythonize("example.pyx"))

3. 然后进入包含example.pyx和setup.py文件的目录，运行以下命令：

python setup.py build_ext

然后就会你当前目录下生成一个example.c的 C 文件。可以在文件中看到 Cython 将代码转换为的 C。这个生成的里面代码比较多，也比较复杂，当然核心代码就是实现就是实现 pyx 文件中的功能。如果你有观察当前目录的话，你会发现有个 build 目录生成。build 目录下面就有 example 相关的 so 文件生成。

我们验证一下是否是如此：

Python 3.7.9 (default, Apr 26 2023, 09:00:47) 
[GCC 7.3.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import example
>>> example.add_numbers(100, 200)
300
>>>

当然你也可以讲生成的 c 文件自己编译成 so 文件，通过以下编译命令就可以生成 example.so 的动态链接库

gcc -fPIC -c example.c -o example.o -I/usr/include/python3.7m/ -lpython3.7
gcc -shared -o example.so example.o

也就是说你用 example 的 python 代码写了一个接口，然后通过 cython 转成 c 代码编译成了 so 文件，也就相当于你既拥有了 python 语言的快速开发，又有了 c 语言的性能，这个就是 cython 的强大之处。

通过这种方式，可以将 Python 代码转换为 C 或 C++代码，并通过编译器将其进一步编译成机器码。Cython 提供了许多优化选和类型声明，可以进一步提高生成的 C 代码的性能。当然这只是一个非常非常简单示例，实际使用肯定比这个复杂的多，更多关于 Cython 的详细信息可以去 Cython 的官方社区了解。