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【Cython】Cython三分钟入门教程

5b51 2022/1/14 8:25:21 python 字数 28111 阅读 836 来源 www.jb51.cc/python

<pstyle=\"font-size:14px;font-family:tahoma,arial,\'宋体\';\">我最喜欢的是Python，它的代码优雅而实用，可惜纯粹从速度上来看它比大多数语言都要慢。大多数人也认为的速度和易于使用是两极对立

概述

<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,arial,'宋体';">我最喜欢的是Python，它的代码优雅而实用，可惜纯粹从速度上来看它比大多数语言都要慢。大多数人也认为的速度和易于使用是两极对立的——编写C代码的确非常痛苦。而 Cython 试图消除这种两重性，并让你同时拥有 Python 的语法和 C 数据类型和函数——它们两个都是世界上最好的。请记住，我绝不是我在这方面的专家，这是我的第一次Cython真实体验的笔记：

<code class="language-python">import math


def great_circle(lon1,lat1,lon2,lat2):

radius = 3956 #miles

x = math.pi/180.0


a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = math.acos((math.cos(a)*math.cos(b)) +
              (math.sin(a)*math.sin(b)*math.cos(theta)))
return radius*c@H_<a href="https://www.jb51.cc/tag/502/" target="_blank" class="keywords">502</a>_6@</pre><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;让我们<a href="https://www.jb51.cc/tag/diaoyong/" target="_blank" class="keywords">调用</a>它 50 万次并测定它的时间 ：</p><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;</p><pre><code class="language-python"&gt;import timeit 


lon1,lat2 = -72.345,34.323,-61.823,54.826

num = 500000


t = timeit.Timer("p1.greatcircle(%f,%f,%f)" % (lon1,lat2),"import p1")

print "Pure python function",t.timeit(num),"sec"@H502_6@
a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = math.acos((math.cos(a)*math.cos(b)) +
              (math.sin(a)*math.sin(b)*math.cos(theta)))
return radius*c@H_<a href="https://www.jb51.cc/tag/502/" target="_blank" class="keywords">502</a>_6@</pre><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;让我们<a href="https://www.jb51.cc/tag/diaoyong/" target="_blank" class="keywords">调用</a>它 50 万次并测定它的时间 ：</p><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;</p><pre><code class="language-python"&gt;import timeit

def great_circle(lon1,lat1,lon2,lat2):
radius = 3956 #miles
x = math.pi/180.0

lon1,lat2 = -72.345,34.323,-61.823,54.826
num = 500000

t = timeit.Timer("p1.greatcircle(%f,%f,%f)" % (lon1,lat2),"import p1")
print "Pure python function",t.timeit(num),"sec"@H502_6@

def great_circle(lon1,lat1,lon2,lat2):
radius = 3956 #miles
x = math.pi/180.0

a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = math.acos((math.cos(a)*math.cos(b)) +
              (math.sin(a)*math.sin(b)*math.cos(theta)))
return radius*c@H_<a href="https://www.jb51.cc/tag/502/" target="_blank" class="keywords">502</a>_6@</pre><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;让我们<a href="https://www.jb51.cc/tag/diaoyong/" target="_blank" class="keywords">调用</a>它 50 万次并测定它的时间 ：</p><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;</p><pre><code class="language-python"&gt;import timeit

lon1,lat2 = -72.345,34.323,-61.823,54.826
num = 500000

t = timeit.Timer("p1.greatcircle(%f,%f,%f)" % (lon1,lat2),"import p1")
print "Pure python function",t.timeit(num),"sec"@H502_6@

<code class="language-python">import math


def great_circle(float lon1,float lat1,float lon2,float lat2):

cdef float radius = 3956.0

cdef float pi = 3.14159265

cdef float x = pi/180.0

cdef float a,b,theta,c


a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = math.acos((math.cos(a)*math.cos(b)) + (math.sin(a)*math.sin(b)*math.cos(theta)))
return radius*c@H_<a href="https://www.jb51.cc/tag/502/" target="_blank" class="keywords">502</a>_6@</pre><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;请注意，我们仍然import math——cython让您在一定程度上混搭Python和C数据类型在。转换是<a href="https://www.jb51.cc/tag/zidong/" target="_blank" class="keywords">自动</a>的，但并非没有代价。<a href="https://www.jb51.cc/tag/zaizhe/" target="_blank" class="keywords">在这</a>个例子中我们所做的就是定义<a href="https://www.jb51.cc/tag/yige/" target="_blank" class="keywords">一个</a>Python<a href="https://www.jb51.cc/tag/hanshu/" target="_blank" class="keywords">函数</a>，声明它的输入参数是浮点数类型，并为所有变量声明类型为C浮点数据类型。计算部分它仍然使用了Python的 math 模块。</p><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;现在我们需要将其转换为C<a href="https://www.jb51.cc/tag/daima/" target="_blank" class="keywords">代码</a>再编译为Python扩展。完成这一部的最好的办法是编写<a href="https://www.jb51.cc/tag/yige/" target="_blank" class="keywords">一个</a>名为setup.py发布脚本。但是，现在我们用手工方式 ，以了解其中的巫术：</p><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;</p><pre><code class="language-objc"&gt;# this will create a c1.c file - the C source code to build a python extension


cython c1.pyx


Compile the object file


gcc -c -fPIC -I/usr/include/python2.5/ c1.c


Link it into a shared library


gcc -shared c1.o -o c1.so@H_502_6@
a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = math.acos((math.cos(a)*math.cos(b)) + (math.sin(a)*math.sin(b)*math.cos(theta)))
return radius*c@H_<a href="https://www.jb51.cc/tag/502/" target="_blank" class="keywords">502</a>_6@</pre><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;请注意，我们仍然import math——cython让您在一定程度上混搭Python和C数据类型在。转换是<a href="https://www.jb51.cc/tag/zidong/" target="_blank" class="keywords">自动</a>的，但并非没有代价。<a href="https://www.jb51.cc/tag/zaizhe/" target="_blank" class="keywords">在这</a>个例子中我们所做的就是定义<a href="https://www.jb51.cc/tag/yige/" target="_blank" class="keywords">一个</a>Python<a href="https://www.jb51.cc/tag/hanshu/" target="_blank" class="keywords">函数</a>，声明它的输入参数是浮点数类型，并为所有变量声明类型为C浮点数据类型。计算部分它仍然使用了Python的 math 模块。</p><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;现在我们需要将其转换为C<a href="https://www.jb51.cc/tag/daima/" target="_blank" class="keywords">代码</a>再编译为Python扩展。完成这一部的最好的办法是编写<a href="https://www.jb51.cc/tag/yige/" target="_blank" class="keywords">一个</a>名为setup.py发布脚本。但是，现在我们用手工方式 ，以了解其中的巫术：</p><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;</p><pre><code class="language-objc"&gt;# this will create a c1.c file - the C source code to build a python extension

def great_circle(float lon1,float lat1,float lon2,float lat2):
cdef float radius = 3956.0
cdef float pi = 3.14159265
cdef float x = pi/180.0
cdef float a,b,theta,c

cython c1.pyx

gcc -c -fPIC -I/usr/include/python2.5/ c1.c

gcc -shared c1.o -o c1.so@H_502_6@

def great_circle(float lon1,float lat1,float lon2,float lat2):
cdef float radius = 3956.0
cdef float pi = 3.14159265
cdef float x = pi/180.0
cdef float a,b,theta,c

a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = math.acos((math.cos(a)*math.cos(b)) + (math.sin(a)*math.sin(b)*math.cos(theta)))
return radius*c@H_<a href="https://www.jb51.cc/tag/502/" target="_blank" class="keywords">502</a>_6@</pre><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;请注意，我们仍然import math——cython让您在一定程度上混搭Python和C数据类型在。转换是<a href="https://www.jb51.cc/tag/zidong/" target="_blank" class="keywords">自动</a>的，但并非没有代价。<a href="https://www.jb51.cc/tag/zaizhe/" target="_blank" class="keywords">在这</a>个例子中我们所做的就是定义<a href="https://www.jb51.cc/tag/yige/" target="_blank" class="keywords">一个</a>Python<a href="https://www.jb51.cc/tag/hanshu/" target="_blank" class="keywords">函数</a>，声明它的输入参数是浮点数类型，并为所有变量声明类型为C浮点数据类型。计算部分它仍然使用了Python的 math 模块。</p><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;现在我们需要将其转换为C<a href="https://www.jb51.cc/tag/daima/" target="_blank" class="keywords">代码</a>再编译为Python扩展。完成这一部的最好的办法是编写<a href="https://www.jb51.cc/tag/yige/" target="_blank" class="keywords">一个</a>名为setup.py发布脚本。但是，现在我们用手工方式 ，以了解其中的巫术：</p><p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';"&gt;</p><pre><code class="language-objc"&gt;# this will create a c1.c file - the C source code to build a python extension

cython c1.pyx

gcc -c -fPIC -I/usr/include/python2.5/ c1.c

gcc -shared c1.o -o c1.so@H_502_6@

<code class="language-python">    t = timeit.Timer("c1.greatcircle(%f,"import c1")

print "Cython function (still using python math)","s@H502_6@

<code class="language-python">cdef extern from "math.h":

float cosf(float theta)

float sinf(float theta)

float acosf(float theta)


def great_circle(float lon1,c


a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = acosf((cosf(a)*cosf(b)) + (sinf(a)*sinf(b)*cosf(theta)))
return radius*cec"


与 import math 相应，我们使用cdef extern 的方式使用从指定头文件声明函数（在此就是使用C标准库的math.h）。我们替代了代价高昂的的Python函数，然后建立新的共享库，并重新测试：

t = timeit.Timer("c2.great_circle(%f,"import c2")

print "Cython function (using trig function from math.h)",'宋体';">现在有点喜欢它了吧？0.4秒 -比纯Python函数有5倍的速度增长。我们还有什么方法可以再提高速度？c2.great_circle（）仍是一个Python函数调用，这意味着它产生Python的API的开销（构建参数元组等），如果我们可以写一个纯粹的C函数的话，我们也许能够加快速度。
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">c3.pyx
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">
<code class="language-python">cdef extern from "math.h":

float cosf(float theta)

float sinf(float theta)

float acosf(float theta)


cdef float _great_circle(float lon1,c


a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = acosf((cosf(a)*cosf(b)) + (sinf(a)*sinf(b)*cosf(theta)))
return radius*c


def great_circle(float lon1,float lat2,int num):

cdef int i

cdef float x

for i from 0 < = i < num:

x = _greatcircle(lon1,lat2)

return x@H502_6@
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">请注意，我们仍然有一个Python函数（ def ），它接受一个额外的参数 num。这个函数里的循环使用for i from 0 < = i < num: ，而不是更Pythonic，但慢得多的for i in range(num):。真正的计算工作是在C函数（cdef）中进行的，它返回float类型。这个版本只要0.2秒——比原先的Python函数速度提高10倍。
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">为了证明我们所做的已经足够优化，可以用纯C写一个小应用，然后测定时间：
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">
<code class="language-python">#include <math .h>


include <stdio .h>


define NUM 500000


float great_circle(float lon1,float lat2){

float radius = 3956.0;

float pi = 3.14159265;

float x = pi/180.0;

float a,c;


a = (90.0-lat1)*(x);
b = (90.0-lat2)*(x);
theta = (lon2-lon1)*(x);
c = acos((cos(a)*cos(b)) + (sin(a)*sin(b)*cos(theta)));
return radius*c;


}


int main() {

int i;

float x;

for (i=0; i < = NUM; i++)

x = greatcircle(-72.345,54.826);

printf("%f",x);

}@H502_6@
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">用gcc -lm -o ctest ctest.c编译它，测试用time ./ctest ...大约0.2秒 。这使我有信心，我Cython扩展相对于我的C代码也极有效率（这并不是说我的C编程能力很弱）。
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">能够用 cython 优化多少性能通常取决于有多少循环，数字运算和Python函数调用，这些都会让程序变慢。已经有一些人报告说在某些案例上 100 至 1000 倍的速度提升。至于其他的任务，可能不会那么有用。在疯狂地用 Cython 重写 Python 代码之前，记住这一点：
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">"我们应该忘记小的效率，过早的优化是一切罪恶的根源，有 97% 的案例如此。"——Donald Knuth
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">换句话说，先用 Python 编写程序，然后看它是否能够满足需要。大多数情况下，它的性能已经足够好了……但有时候真的觉得慢了，那就使用分析器找到瓶颈函数，然后用cython重写，很快就能够得到更高的性能。
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">外部链接
WorldMill（<a href="http://trac.gispython.org/projects/PCL/wiki/WorldMill" rel="nofollow" style="color:rgb(0,102,153);">http://trac.gispython.org/projects/PCL/wiki/WorldMill）——由Sean Gillies 用 Cython 编写的一个快速的，提供简洁的 python 接口的模块，封装了用以处理矢量地理空间数据的 libgdal 库。
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">编写更快的 Pyrex 代码（<a href="http://www.sagemath.org:9001/WritingFastPyrexCode" rel="nofollow" style="color:rgb(0,153);">http://www.sagemath.org:9001/WritingFastPyrexCode）——Pyrex，是 Cython 的前身，它们有类似的目标和语法。
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">作者：perrygeo
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">译者：赖勇浩（http://laiyonghao.com）
<p style="font-size:14px;font-family:tahoma,'宋体';">原文：http://www.perrygeo.net/wordpress/?p=116
a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = acosf((cosf(a)*cosf(b)) + (sinf(a)*sinf(b)*cosf(theta)))
return radius*cec"
<code class="language-python">cdef extern from "math.h":

float cosf(float theta)

float sinf(float theta)

float acosf(float theta)


cdef float _great_circle(float lon1,c


a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = acosf((cosf(a)*cosf(b)) + (sinf(a)*sinf(b)*cosf(theta)))
return radius*c


def great_circle(float lon1,float lat2,int num):

cdef int i

cdef float x

for i from 0 < = i < num:

x = _greatcircle(lon1,lat2)

return x@H502_6@
a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = acosf((cosf(a)*cosf(b)) + (sinf(a)*sinf(b)*cosf(theta)))
return radius*c
<code class="language-python">#include <math .h>


include <stdio .h>


define NUM 500000


float great_circle(float lon1,float lat2){

float radius = 3956.0;

float pi = 3.14159265;

float x = pi/180.0;

float a,c;


a = (90.0-lat1)*(x);
b = (90.0-lat2)*(x);
theta = (lon2-lon1)*(x);
c = acos((cos(a)*cos(b)) + (sin(a)*sin(b)*cos(theta)));
return radius*c;


}


int main() {

int i;

float x;

for (i=0; i < = NUM; i++)

x = greatcircle(-72.345,54.826);

printf("%f",x);

}@H502_6@
a = (90.0-lat1)*(x);
b = (90.0-lat2)*(x);
theta = (lon2-lon1)*(x);
c = acos((cos(a)*cos(b)) + (sin(a)*sin(b)*cos(theta)));
return radius*c;

def great_circle(float lon1,c

与 import math 相应，我们使用cdef extern 的方式使用从指定头文件声明函数（在此就是使用C标准库的math.h）。我们替代了代价高昂的的Python函数，然后建立新的共享库，并重新测试：
t = timeit.Timer("c2.great_circle(%f,"import c2")
print "Cython function (using trig function from math.h)",'宋体';">现在有点喜欢它了吧？0.4秒 -比纯Python函数有5倍的速度增长。我们还有什么方法可以再提高速度？c2.great_circle（）仍是一个Python函数调用，这意味着它产生Python的API的开销（构建参数元组等），如果我们可以写一个纯粹的C函数的话，我们也许能够加快速度。

cdef float _great_circle(float lon1,c

def great_circle(float lon1,float lat2,int num):
cdef int i
cdef float x
for i from 0 < = i < num:
x = _greatcircle(lon1,lat2)
return x@H502_6@

float great_circle(float lon1,float lat2){
float radius = 3956.0;
float pi = 3.14159265;
float x = pi/180.0;
float a,c;

}

int main() {
int i;
float x;
for (i=0; i < = NUM; i++)
x = greatcircle(-72.345,54.826);
printf("%f",x);
}@H502_6@

def great_circle(float lon1,c

a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = acosf((cosf(a)*cosf(b)) + (sinf(a)*sinf(b)*cosf(theta)))
return radius*cec"

与 import math 相应，我们使用cdef extern 的方式使用从指定头文件声明函数（在此就是使用C标准库的math.h）。我们替代了代价高昂的的Python函数，然后建立新的共享库，并重新测试：
t = timeit.Timer("c2.great_circle(%f,"import c2")
print "Cython function (using trig function from math.h)",'宋体';">现在有点喜欢它了吧？0.4秒 -比纯Python函数有5倍的速度增长。我们还有什么方法可以再提高速度？c2.great_circle（）仍是一个Python函数调用，这意味着它产生Python的API的开销（构建参数元组等），如果我们可以写一个纯粹的C函数的话，我们也许能够加快速度。

<code class="language-python">cdef extern from "math.h":

float cosf(float theta)

float sinf(float theta)

float acosf(float theta)


cdef float _great_circle(float lon1,c


a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = acosf((cosf(a)*cosf(b)) + (sinf(a)*sinf(b)*cosf(theta)))
return radius*c


def great_circle(float lon1,float lat2,int num):

cdef int i

cdef float x

for i from 0 < = i < num:

x = _greatcircle(lon1,lat2)

return x@H502_6@
a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = acosf((cosf(a)*cosf(b)) + (sinf(a)*sinf(b)*cosf(theta)))
return radius*c

cdef float _great_circle(float lon1,c

def great_circle(float lon1,float lat2,int num):
cdef int i
cdef float x
for i from 0 < = i < num:
x = _greatcircle(lon1,lat2)
return x@H502_6@

cdef float _great_circle(float lon1,c

a = (90.0-lat1)*(x)
b = (90.0-lat2)*(x)
theta = (lon2-lon1)*(x)
c = acosf((cosf(a)*cosf(b)) + (sinf(a)*sinf(b)*cosf(theta)))
return radius*c

def great_circle(float lon1,float lat2,int num):
cdef int i
cdef float x
for i from 0 < = i < num:
x = _greatcircle(lon1,lat2)
return x@H502_6@

<code class="language-python">#include <math .h>


include <stdio .h>


define NUM 500000


float great_circle(float lon1,float lat2){

float radius = 3956.0;

float pi = 3.14159265;

float x = pi/180.0;

float a,c;


a = (90.0-lat1)*(x);
b = (90.0-lat2)*(x);
theta = (lon2-lon1)*(x);
c = acos((cos(a)*cos(b)) + (sin(a)*sin(b)*cos(theta)));
return radius*c;


}


int main() {

int i;

float x;

for (i=0; i < = NUM; i++)

x = greatcircle(-72.345,54.826);

printf("%f",x);

}@H502_6@
a = (90.0-lat1)*(x);
b = (90.0-lat2)*(x);
theta = (lon2-lon1)*(x);
c = acos((cos(a)*cos(b)) + (sin(a)*sin(b)*cos(theta)));
return radius*c;

float great_circle(float lon1,float lat2){
float radius = 3956.0;
float pi = 3.14159265;
float x = pi/180.0;
float a,c;

}

int main() {
int i;
float x;
for (i=0; i < = NUM; i++)
x = greatcircle(-72.345,54.826);
printf("%f",x);
}@H502_6@

float great_circle(float lon1,float lat2){
float radius = 3956.0;
float pi = 3.14159265;
float x = pi/180.0;
float a,c;

a = (90.0-lat1)*(x);
b = (90.0-lat2)*(x);
theta = (lon2-lon1)*(x);
c = acos((cos(a)*cos(b)) + (sin(a)*sin(b)*cos(theta)));
return radius*c;

}

int main() {
int i;
float x;
for (i=0; i < = NUM; i++)
x = greatcircle(-72.345,54.826);
printf("%f",x);
}@H502_6@

总结

以上是编程之家为你收集整理的【Cython】Cython三分钟入门教程全部内容，希望文章能够帮你解决【Cython】Cython三分钟入门教程所遇到的程序开发问题。


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