别让心失明 发表于 2024-7-18 16:44:52

【Python】通过Cython提升性能

一、什么是Cython,

如果你了解Python,就会知道Python相比于其他语言,性能差了不是一点半点。但是Python的底层实现大量使用了C语言,可以与C语言很好的结合。并且在Python中由于GIL全局解释器锁的机制,导致python在实现CPU密集型操作时非常吃力。Cython是Python的一个扩展,用于将Python代码编译为C代码,并且可以完美的避开GIL机制,,从而显著提升性能。
二、调用.C文件

1、安装cython

pip install cython2、编写.h头文件和.c文件

int sub(int n);//sub.h编写C语言文件sub.c
#include "sub.h"

int sub(int n) {
    return n*(n+1)/2;
}3、编写sub.pyx文件

cdef extern from "sub.h":
    int sub(int n)

def sub_with_c(n):
    return sub(n) 4、编写setup.py文件

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

ext = Extension(name="wrapper_sub",sources=["sub.pyx","c/sub.c"],language_level=3,)
setup(ext_modules=cythonize(ext)) 5、运行setup.py文件

python setup.py build会生成一个sub.c文件和build目录以及wrapper_sub.cpython-39-darwin.so文件就是我们需要的共享模块。其余的可以删除。
6、调用共享模块

import wrapper_sub

if __name__ == '__main__':
    print(wrapper_sub.sub_with_c(100))通过调用C编译后的文件可以极大的提高运行速度,并且可以避免GIL全局解释器锁的影响。
三、将Python代码编译为C共享模块

1、编写ArrarySort.pyx文件

这里实际上就是编写Python代码,将py后缀改为pyx
def arr_list(arr:list):
    arr.sort()
    return arr2、编写setup.py脚本

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

setup(ext_modules=cythonize("ArrarySort.pyx",language=3))3、运行setup脚本

python setup.py build_ext --inplace生成ArrarySort.cpython-39-darwin.so文件,其余文件可以删除。
4、调用共享模块

import ArrarySort

a= ArrarySort.arr_list()
print(a)四、手动编写Cython

Cython本身有一套自己的写法规则,类似Python和C语言。可以直接编写pyx文件,将pyx编译为C代码,gcc编译器编译为共享模块(这一步可以不需要手动操作,distutils 自动处理)。
手动操作的话指令
gcc -shared -fPIC -I/python3.9 -o bubble_sort.so bubble_sort.c1、编写pyx文件

这里使用Cython自身的语法规则,不需要使用C或Python进行其他的操作
def bubble_sort(arr):
    cdef int n = len(arr)
    cdef int i, j
    cdef int temp
    for i in range(n):
      for j in range(0, n-i-1):
            if arr > arr:
                temp = arr
                arr = arr
                arr = temp2、编写setup.py脚本

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

setup(
    ext_modules = cythonize("arrary_sort.pyx")
)3、运行setup.py脚本

python setup.py build_ext --inplace会在当前目录中生成一个与 bubble_sort 相对应的 C 文件,并编译生成一个共享对象文件(在 Linux 上是 .so 文件,在 Windows 上是 .pyd 文件)。这时候我们只需要共享文件即可。
4、在Python中调用共享模块

import arrary_sort

arr =
arrary_sort.bubble_sort(arr)
print(arr)五、总结

Cython是一种工具,可以让Python程序跑得更快。它通过将Python代码转换成C语言代码并进行编译,大大提升了程序的执行效率。使用Cython,你可以在Python代码中直接书写C语言的类型声明,这样不仅减少了解释器的开销,还能更高效地执行计算密集型任务。此外,Cython还能直接调用C语言的函数和数据类型,使得Python程序可以利用C语言的高性能。这种方法特别适合需要处理大量计算任务的场景,比如科学计算、数据分析和机器学习。同时,Cython保留了Python的简洁易用,开发者可以逐步优化代码,不需要一次性重写整个项目。这样,既能享受Python的开发便利,又能获得接近C语言的执行效率。

来源:https://www.cnblogs.com/changwan/p/18309833
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