提速72倍!?在Python里面調(diào)用Golang函數(shù)

我們知道，在涉及到大量 CPU 計(jì)算的時候，Python 的運(yùn)行效率可能不如其他語言。在之前的一篇文章：一個小操作把你的Python代碼提速6倍多 中，我們講到了如何通過把 Python 代碼編譯成 C 語言代碼來提高代碼的運(yùn)行速度。今天，我們分享一個可以讓速度進(jìn)一步提升的方案：不用 C 語言，而用 Go 語言。并且，我們這次不是做轉(zhuǎn)換，而是直接用 Python 調(diào)用 Go 語言寫的代碼。

注意：文本內(nèi)容需要使用 Linux 和 macOS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)?；蛘吣阋部梢允褂?Windows 10自帶的 WSL2 Linux子系統(tǒng)。

這次我們的測試代碼還是遞歸版本的斐波那契數(shù)列計(jì)算函數(shù)，由于遞歸版本涉及到大量重復(fù)計(jì)算，所以運(yùn)行速度極慢。用 Python 計(jì)算第40項(xiàng)，耗時36.6秒，如下圖所示：

如果直接使用 Golang 來寫相同的算法，速度會遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于 Python——同樣是計(jì)算第40項(xiàng)，只需要0.5秒，如下圖所示：

實(shí)際上是可以的，我們只需要把 Golang 寫的程序編譯為.so文件就可以在 Python 里面調(diào)用了。

首先修改一下我們的 Golang 代碼，把計(jì)算斐波拉契數(shù)列的函數(shù)fib的首字母改成大寫。在 Golang 中，只有首字母大寫的函數(shù)，才能被package外面的代碼調(diào)用。

修改以后的代碼如下：

package main
import (    "C")
//export Fibfunc Fib(n int) int {    if n == 1 || n == 2{        return 1    } else {        return Fib(n - 1) + Fib(n - 2)    }}
func main() {}

需要注意的是，這里的注釋//export Fib不能省略，因?yàn)樵诰幾g成.so文件的時候，編譯器會尋找這個注釋。同時，為了能正常編譯，我們也必須導(dǎo)入C這個包。

把代碼保存為fib.go，然后我們使用如下命令進(jìn)行編譯：

go build -buildmode=c-shared -o _fib.so fib.go

這條命令指定了編譯模式為c-shared，編譯完成以后，當(dāng)前文件夾下面會生成一個_fib.so文件。這就是我們需要用 Python 載入的文件了。

下面，我們創(chuàng)建一個 Python 文件load.py，代碼如下：

import ctypesimport time

so = ctypes.cdll.LoadLibrary('./_fib.so')fib = so.Fib
start = time.time()result = fib(40)end = time.time()print(f'斐波那契數(shù)列第40項(xiàng)：{result}，耗時：{end - start}')

在這段代碼里面，通過 Python 自帶的ctypes模塊，加載_fib.so文件，然后提取出里面的Fib函數(shù)。這個函數(shù)就是用遞歸方式計(jì)算斐波那契數(shù)列的函數(shù)了。同樣是計(jì)算第40項(xiàng)，我們來看看耗時：

只需要0.5秒。耗時只有純 Python 版本的 三十六分之一，也就是說，通過 Python 調(diào)用 Golang 的函數(shù)，速度是純 Python 版本的72倍。

但需要注意的是，由于Golang 是靜態(tài)強(qiáng)類型語言，定義函數(shù)的時候需要聲明變量類型。如果你要導(dǎo)出的函數(shù)是字符串，那么變量類型需要改為*C.char而不是簡單的string。這里涉及到 C 語言中的變量類型與 Golang 中變量類型的映射關(guān)系，可以參閱：cgo^[1]。本文的例子中，由于整型比較特殊，直接使用int就可以了。但其他的類型可能并沒有這么簡單。

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參考資料