如何使用C語言優(yōu)化Python代碼
如何使用C語言優(yōu)化Python代碼
Cython是Python編程語言的編譯器，旨在優(yōu)化性能并形成擴(kuò)展的Cython編程語言。作為Python的擴(kuò)展，Cython也是Python語言的超集，它支持調(diào)用C函數(shù)，并在變量和類屬性上聲明C類型。這使得包裝外部C庫、將C嵌入現(xiàn)有應(yīng)用程序或以Python的語法編寫C擴(kuò)展變得像Python本身一樣簡單。
Cython通常用于創(chuàng)建加速Python代碼執(zhí)行的C模塊。在解釋語言效率不高的復(fù)雜應(yīng)用程序中，這一點很重要。
可以使用Python在Linux、BSD、Windows或macOS上安裝Cython：
從Cython開始的一個好方法是使用一個簡單的“Hello World ”應(yīng)用程序。這不是優(yōu)勢的最好證明，但它顯示了你使用時會發(fā)生什么。
首先，在一個名為hello.pyx的文件中創(chuàng)建這個簡單的Python腳本（.pyx擴(kuò)展名并不神奇，從技術(shù)上講，它可以是任何東西，但它是Cython的默認(rèn)擴(kuò)展名）：
接下來，創(chuàng)建一個Python安裝腳本。setup.py文件類似于Makefile的Python版本，Cython可以使用它來處理Python代碼：
最后，使用Cython將Python腳本轉(zhuǎn)換為C代碼：
要使用Python“Hello World”腳本的C代碼版本，請打開Python提示并導(dǎo)入創(chuàng)建的新模塊：
將C代碼集成到Python中
計算能力的一個很好的通用測試是計算素數(shù)。素數(shù)是大于1的正數(shù)，只有在除以1或本身時才產(chǎn)生正整數(shù)。理論上很簡單，但隨著數(shù)字變大，計算要求也增加了。在純Python中，它可以在10行代碼下完成：
此腳本在成功后將保持不變，如果數(shù)字不是素數(shù)，則返回一條消息：
$ ./prime.py 3
$ ./prime.py 4
Not prime.
將其轉(zhuǎn)換為Cython需要進(jìn)行一些工作，一方面使代碼適合用作庫，另一方面使性能提高。
許多用戶將Python作為一種腳本語言進(jìn)行學(xué)習(xí)：把將要執(zhí)行的步驟告訴Python，然后它就可以完成工作。當(dāng)了解更多有關(guān)Python（以及一般來說是開放源代碼編程）的知識時，會發(fā)現(xiàn)許多最強(qiáng)大的代碼包含在其他應(yīng)用程序可以利用的庫中。代碼越不具體，程序員將其重新用于其他應(yīng)用程序的可能性就越大。
對于這個簡單的質(zhì)數(shù)計算器，將其轉(zhuǎn)換為Cython的過程是通過設(shè)置腳本開始的：
$ python setup.py build_ext --inplace
到目前為止，一切似乎都運(yùn)行良好，但是當(dāng)嘗試導(dǎo)入和使用新模塊時，會出現(xiàn)錯誤：
問題在于，Python腳本希望從終端運(yùn)行，在終端上，參數(shù)（在這種情況下，是要測試為質(zhì)數(shù)的整數(shù)）很常見。需要修改腳本，以便可以將其用作庫。
庫不使用系統(tǒng)參數(shù)，而是接受其他代碼的參數(shù)。不用使用sys.argv來引入用戶輸入，而是使代碼成為一個接受稱為number（或num或喜歡的任何變量名）的參數(shù)的函數(shù)：
這使腳本難以測試，因為當(dāng)在Python中運(yùn)行代碼時，永遠(yuǎn)不會執(zhí)行calculate函數(shù)。但是，Python程序員針對此問題設(shè)計了一種通用的解決方法，即使不是直觀的方法。當(dāng)Python解釋器執(zhí)行Python腳本時，有一個名為__name__的特殊變量被設(shè)置為__main__，但是當(dāng)它作為模塊導(dǎo)入時，__name__被設(shè)置為模塊的名稱。通過利用這一點，您可以編寫一個既是Python模塊又是有效的Python腳本的庫：
現(xiàn)在，可以將代碼作為命令運(yùn)行：
$ python ./prime.py 4
Not a prime
可以將其轉(zhuǎn)換為Cython以用作模塊：
使用Cython將代碼從純Python轉(zhuǎn)換為C可能會很有用。但是還有Cython功能可幫助用戶在轉(zhuǎn)換前優(yōu)化代碼，還可以選擇分析代碼以查找Cython與C交互的時間，等等。如果使用的是Python，希望通過C代碼增強(qiáng)代碼，或者進(jìn)一步了解庫如何提供比腳本更好的可擴(kuò)展性，或者只是對Python和C如何協(xié)同工作感到好奇，那么請開始使用Cython。
