10分鐘入門Cython

作者：李小文    算法工程師    Python愛好者社區專欄作者

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https://github.com/tushushu/flying-python

1. Cython是什麼?

Cython是一個程式語言，它通過類似Python的語法來編寫C擴展並可以被Python調用.既具備了Python快速開發的特點，又可以讓代碼運行起來像C一樣快，同時還可以方便地調用C library。

2. 如何安裝Cython?

跟大多數的Python庫不同，Cython需要一個C編譯器，在不同的平臺上配置方法也不一樣。

2.1 配置gcc

windows
安裝MingW-w64編譯器：

conda install libpython m2w64-toolchain -c msys2
在Python安裝路徑下找到\Lib\distutils文件夾，創建distutils.cfg寫入如下內容：

macOS
安裝XCode即可 

linux: gcc一般都是配置好的，如果沒有就執行這條命令： 

sudo apt-get install build-essential

2.2 安裝cython庫3. 在Jupyter Notebook上使用Cython

%load_ext Cython
%%cython
cdef int a = 0
for i in range(10):
    a += i
print(a)

4. 試試Cython到底有多快

常規Python函數，運行時間559 ns

Cython def函數，聲明一個Python函數，既可以在模塊內調用，也可以在模塊外調用。模塊內運行時間524.2 ns，模塊外運行時間512 ns

Cython cpdef函數，聲明一個C函數和一個Python wrapper，在模塊內被當做C函數調用，在模塊外被.py文件當做Python函數調用。模塊內運行時間43.7 ns，模塊外運行時間81.7 ns

Cython cdef函數，聲明一個C函數，不可以在模塊外被Python調用。模塊內運行時間34.8 ns

4.1 常規Python函數

def f(x):
    return x ** 2 - x
%timeit f(100)

4.2 Cython def函數

%%cython
from time import time

def f1(x):
    return x ** 2 - x

n = 10000000
start = time()
for _ in range(n):
    f1(100)
end = time()
run_time = (end - start) / n * 1000 * 1000 * 1000
print("%.1f ns" % run_time)
%timeit f1(100)

4.3 Cython cpdef函數

%%cython
from time import time

cpdef long f2(long x):
    return x ** 2 - x

n = 10000000
start = time()
for _ in range(n):
    f2(100)
end = time()
run_time = (end - start) / n * 1000 * 1000 * 1000
print("%.1f ns" % run_time)
%timeit f2(100)

4.4 Cython cdef函數

%%cython
from time import time

cdef long f3(long x):
    return x ** 2 - x

n = 10000000
start = time()
for _ in range(n):
    f3(100)
end = time()
run_time = (end - start) / n * 1000 * 1000 * 1000
print("%.1f ns" % run_time)

5. 在Cython中使用Python對象

常規Python函數，運行時間549微秒

Python內置函數，運行時間104微秒

Cython函數，運行時間51.6微秒

5.1 常規Python函數

def sum_list(A):
    ret = 0
    for x in A:
        ret += x
    return ret
%timeit sum_list(A)

5.2 Python內置函數5.3 Cython函數

%%cython
cpdef int sum_list_cython(A):
    cdef int ret, x
    for x in A:
        ret += x
    return ret
%timeit sum_list_cython(A)

6. 在.pyx文件中使用Cython

from time import time

cdef long f4(long x):
    return x ** 2 - x

if __name__ == "__main__":
    cdef int x = 3
    print(f4(x))

參考文章

部分內容引用自 - Cython官方文檔

http://link.zhihu.com/?target=http%3A//docs.cython.org/en/latest/index.html

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