cython大白话基础教程

1. Overview

Cython是个编程语言，Cython帮助你像写python一样写C的扩充代码，官方画大饼说想要把Cython变成python的增强版本。Cython能把c, c啪啪编译好当作python模块来import, 好处是速度快并且我们可以重用一些C的代码库。这其实挺有意思的，让我们可以同时写python和写C。毕竟之前python代码虽然底层实现是C代码（Cpython运行环境和pyrex库了解一下），但是以前程序员在上层感受不到C的存在，也无法对C进行编程。按照人家的文档所说 “Cython thus merges the two worlds into a very broadly applicable programming language”.

2. 安装

需要提前安装gcc，如何安装gcc，不同操作系统请八仙过海。然后直接pip install Cython。

3. Cython搭建过程

Cython需要编译，才能在python里面import。Cython文件本身是pyx或py后缀，需要先编译成c后缀，然后再从c后缀编译成so或者pyd (跟操作系统相关) 后缀才能import。
编译过程需要使用setuptools这个包，有多种使用setuptools编译Cython的方法:

写一个setup外部脚本编译，可以根据项目批处理，可扩展能力最强，正经操作
也可以为单独文件运行cythonize -i xxx.pyx，最灵活
也可以用封装了setuptools的Pyximport包，官方不太推荐
全手动自己搞（我也不知道怎么搞）
jupyter提供inline模式，反正就是jupyter帮你搞了编译过程，你无脑跑代码就行，最简单

setup.py文件就像下面这么写

from setuptools import setup
from Cython.Build import cythonizesetup(name='Hello world app',ext_modules=cythonize("hello.pyx"),zip_safe=False,
)

然后直接运行python setup.py build_ext --inplace

jupyter就按照下面这么用。

4. 让你的代码更快更强

4.1. 定义Cython变量

首先了解Cython变量声明，有两种方式：第一种是用Cython特有的cdef，另外一种是基于python代码来创建Cython变量。并且所有C类型都支持，并且在赋值的时候cdef会自动的适配对应的类型。下面来看两对积分代码，分别基于两种方式：

# python 旧风格
def f(x: cython.double):return x ** 2 - xdef integrate_f(a: cython.double, b: cython.double, N: cython.int):i: cython.ints: cython.doubledx: cython.doubles = 0dx = (b - a) / Nfor i in range(N):s += f(a + i * dx)return s * dx

# cython新风格
def f(double x):return x ** 2 - xdef integrate_f(double a, double b, int N):cdef int icdef double scdef double dxs = 0dx = (b - a) / Nfor i in range(N):s += f(a + i * dx)return s * dx

可以看到首先是函数传参是有类型的，并且传入的参数和部分在函数中用到的变量是声明了cython的数据类型。两种代码不同指出就是cython更加简洁，且函数定义中的参数更像c的代码。（这里要学习注意的是如果想要让循环更快，别忘了给idx设定为cython类型。并且并不是函数中所有的变量都要变成cython变量，少几个性能影响不大，想知道什么变量需要转换成cython变量可以通过运行cython -a file来获得html分析报告）。

4.2. 定义Cython函数

这个不难，直接把函数的def f()，换成cdef double f()就行，语法上既相当于c语言中的返回值，且又定义了Cython的函数。注意的是，当把def变成cdef之后，python后面的代码就找不到这个c函数了，无法调用，解决办法是使用cpdef，相当于给这个Cython函数外面包了一层python wrapper，这样之后就又有高性能的计算速度，又能在python运行的时候找到并调用（所以说如果不想在python中调用这个函数就可以简单的使用cdef）。

有机会更新后面更深入的内容。。。