用Cython加速Python程序

我没有拼错，就是Cython，C+Python=Cython!

我们来看看Cython的威力,先运行下边的程序：

import time

def fib(n):
    if n==0:
        return 0
    if n==1:
        return 1
    return fib(n-1)+fib(n-2)
t=time.time()
print(fib(40))
print(time.time()-t)

$ python fib.py
102334155
59.367255449295044
           

在我的渣渣笔记本上，用时59.3秒，差不多一分钟。当然，在你那可能比我快一点，这也很正常。

好了，我们再试试Cython：

$ cython fib.py --embed     
$ gcc -O3 fib.c -I /usr/include/python3.5m/ -lpython3.5m
$ ./a.out  
102334155  
14.487313747406006
           

嗯，快了那么一点点，4倍左右;我解释一下前边的几句代码：

首先，用cython命令把python生成c文件，也就是cython fib.py会生成一个fib.c的文件

--embed参数就是自动生成一个main函数，以便让gcc生成可执行程序。

接下来就是用gcc把fib.c编译成了个a.out程序，运行之，结果快了4倍（从60秒减少到15秒以内）。

当然，这只是小试牛刀，区区4倍而已，这也太少了！

接下来我吧这个文件复制成fib.pyx，并修改了一句代码：

import time

cdef int fib(int n):
    if n==0:
        return 0
    if n==1:
        return 1
    return fib(n-1)+fib(n-2)
t=time.time()
print(fib(40))
print(time.time()-t)
           

我只改了1句，就是把 def fib(n):改成了 cdef int fib(int n):，也就是加了一个类型，下边让我们见证奇迹：

$ cython fib.pyx --embed
$ gcc -O3 fib.c -I /usr/include/python3.5m/ -lpython3.5m 
$ ./a.out 
102334155
0.45729994773864746
           

没有看错，现在只需要0.45秒！性能提升了132倍。

这个0.45秒算是什么样的速度呢？下边，我照猫画虎，写了基本相同的一段C程序：

#include "stdio.h"

#include "time.h"

static int fib(int n){
    if(n==0)
            return 0;
    if(n==1)
            return 1;
    return fib(n-1)+fib(n-2);
}
int main(){
    clock_t t=clock();
    printf("%d\n",fib(40));
    printf("%f sec\n",(clock()-t)/1000.0/1000.0);
}
           

这个跟python写的基本一模一样，只是换成了C语法，然后：

$ gcc -O3 fib.c  
$ ./a.out  
102334155  
0.452981 sec  
           

天，只比刚才Cython的程序慢了0.005秒（我觉得这已经是误差了）

是不是感觉Cython碉堡了？（基本用Python的语法，实现了C的速度。

其实，这才刚刚开始。毕竟虽然Python代码写起来比C溜好多，但以前的C代码怎么办？并且，一些C实现的算法

用Cython改写也不是特别方便，能不能直接拿来就用呢？当然能，并且也可以很6。

比如上边的那个fib函数，我已经用C写完了，怎么整合到Python里边呢？

首先，我先把C里边的main函数去掉，改成下边的样子：

#include "stdio.h"
#include "time.h"

static int fib(int n){
    if(n==0)
            return 0;
    if(n==1)
            return 1;
    return fib(n-1)+fib(n-2);
}
           

其实这时，我们已经可以用gcc编译成一个链接库，用ctypes调用了，然而在Cython看来,

这太（调）不（用）清（麻）真（烦）,我们只需要2句代码：

cdef extern from "fib.c": 
    int fib(int)

def fibf(n):
    return fib(n)
           

虽然是4行，其实也就是2句无疑：）

第一句我先把fib函数从C文件里边导入，然后又定义了一个fibf的函数，把导进来的函数又调用了一下。

cdef的作用，就是把外部函数导出为cython能调用的函数，def的作用就是定义python能调用的函数了。

把这个文件保存成fibf.pyx,然后：

cython fibf.pyx
gcc fibf.c -shared -fPIC -I /usr/include/python3.5m -lpython3.5m -o fibf.so -O3
           

把这个文件编译成了一个fibf.so文件

然后写了下边的python代码测试：

$cat test.py 
import time
import fibf 
t=time.time()
print(fibf.fibf(40))
print(time.time()-t)


python test.py 
102334155
0.47469592094421387
           

也就是说，2句代码，就把一个C语言写的代码。包装成了一个python能直接import的库。是不是方便极了……

反正个人觉得比ctypes方便。