10分钟入门Cython

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作者:李小文    算法工程师    Python爱好者社区专栏作者

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本文github:

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

1. Cython是什么?

Cython是一个编程语言,它通过类似Python的语法来编写C扩展并可以被Python调用.既具备了Python快速开发的特点,又可以让代码运行起来像C一样快,同时还可以方便地调用C library。

2. 如何安装Cython?

跟大多数的Python库不同,Cython需要一个C编译器,在不同的平台上配置方法也不一样。

2.1 配置gcc

  • windows
    安装MingW-w64编译器:

    conda install libpython m2w64-toolchain -c msys2
    在Python安装路径下找到\Lib\distutils文件夹,创建distutils.cfg写入如下内容:

  • macOS
    安装XCode即可 

  • linux: gcc一般都是配置好的,如果没有就执行这条命令: 

    sudo apt-get install build-essential

2.2 安装cython库

  • 如果没安装Anaconda: pip install cython

  • 如果安装了Anaconda: conda install cython

3. 在Jupyter Notebook上使用Cython

  • 首先加载Cython扩展,使用魔术命令 %load_ext Cython

  • 接下来运行Cython代码,使用魔术命令 %%cython

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

4. 试试Cython到底有多快

  • 常规Python函数,运行时间559 ns

  • Cython def函数,声明一个Python函数,既可以在模块内调用,也可以在模块外调用。模块内运行时间524.2 ns,模块外运行时间512 ns

  • Cython cpdef函数,声明一个C函数和一个Python wrapper,在模块内被当做C函数调用,在模块外被.py文件当做Python函数调用。模块内运行时间43.7 ns,模块外运行时间81.7 ns

  • Cython cdef函数,声明一个C函数,不可以在模块外被Python调用。模块内运行时间34.8 ns

4.1 常规Python函数

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

4.2 Cython def函数

%%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函数

%%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函数

%%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对象

  • 常规Python函数,运行时间549微秒

  • Python内置函数,运行时间104微秒

  • Cython函数,运行时间51.6微秒


A = list(range(10000))

5.1 常规Python函数

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

5.2 Python内置函数

%timeit sum(A)

5.3 Cython函数

%%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

  • 建立名为example.pyx的文件,键入如下代码

  • 在控制台使用cythonize命令,将.pyx文件转为.c文件再编译为C模块

from time import time

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

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

参考文章

部分内容引用自 - Cython官方文档

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

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