提高6.75倍！利用Cython为Python代码加速

全文共2012字，预计学习时长4分钟

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若是你曾经用Python编写过代码，可能会发现等待某些代码块执行的时间比预期要长。尽管能够经过一些方法提升其代码效率，但它的反应速度仍然比C语言慢。这主要归结于Pyhton是一种动态程序语言，在运行时执行不少任务，而C语言在编译期间便已经执行。

若是你很享受用Python编写代码，但又但愿能够提升效率，那么能够考虑一下使用Cython。Cython是一种独立编程语言，能够很容易地并入相似于Jupyter笔记本之类的工做流之中。在执行过程当中，Cython会将Python代码转换为C语言，从而大大提升其运行速度。

安装Cython

使用Cython须要安装C语言编译器，所以，安装过程会根据你当前的操做系统而有所不一样。对于Linux操做系统，一般须要安装GNU C语言编译器（gncc）。对于Mac操做系统，则须要经过下载Xcode来安装gncc。对于Windows操做系统，安装程序会稍微有点复杂。

安装传送门：

Mac：https://developer.apple.com/

Windows：file://localhost/C/%5CUsers%5C93954%5CDocuments%5CWeChat%20Files%5CWXYHYSFY_1816%5CFileStorage%5CFile%5C2019-07%5CCython%20GitHub

安装C语言编译器以后，下面须要的就是在终端运行。

如何使用Cython

经过Jupyter笔记本演示Cython的功能是最简单的方法。要在笔记本中使用Python，须要运用IPython的魔术命令。该命令以百分号开始，提供附加功能用以加强工做流。一般，魔术命令分为两种类型：

1. Line Magic以一个%开头，且仅能做用于一行代码。

2. Cell Magic以两个%开头，能够做用于多行代码。

具体流程以下：

首先，为了启用Cython，须要执行命令

%load_extCython

每当想要在单元格中运行Cython时，须要先在单元格中输入下面的魔术命令

%%cython

完成上述操做以后，即可以开始编写Cython代码了。

图片来源：pixabay

Cython能有多快？

Cython能比常规Python代码快多少实际上取决于代码自己。例如，若是运行成本较高的多变量循环，Cython明显优于常规的Python代码。递归函数一样使得Cython快于Python。

用斐波那契数列来演示一下。简单来讲，这一算法经过将前两个数相加从而找到下一个数。下面是在Python中示范：

def fibonacci(n):    
if n < 0:        
print("1st fibonacci number = 0")    
elif n == 1:        
return 0    
elif n == 2:        
return 1    
else:        
return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)复制代码

让咱们来启动Python：

能够看到，找到序列中第39个数用了13.3秒。挂钟时间在这里指的是从函数调用开始到结束所需的总时间。

在Cython中定义相同的函数：

那么发生了什么呢？能够看到，在顶端执行cell magic命令，从而使得Cython能够应用于这个单元格。我将简要介绍“-a”的做用，接着，使用与以前基本同样的代码。惟一的不一样之处在于此处可使用静态类型声明，并将n定义为整数。

能够看到，经过在魔术命令后添加“-a”，可以接收到一些标注，这些标注反映了代码中有多少Python交互。这一代码的目的在于去掉全部黄线并加上白色背景，于是此处不存在Python交互，全部代码都在C语言中执行。你还能够单击每行旁边的“+”查看Python代码的C语言翻译。

这一代码能有多快呢？咱们一块儿看看：

在本例中，Cython的速度大约是Python的6.75倍，这清楚地展现了Cython可以大大节约时间。这一点也是Cython相比于Python最大的改进之处。

附加选项

若是你对C语言已经有所了解，Cython还容许访问C代码，而Cython的建立者尚未为这些代码添加现成的声明。那么，使用如下代码能够为C函数生成Python包装器并将其添加到模块dict中。

%%cython
cdef extern from "math.h":    
cpdef double sin(double x)复制代码

Cython证实了并行性等许多额外的功能。

传送门：http://docs.cython.org/en/latest/index.html

总之，若是你遇到在执行Python代码时等待时间过长的问题，Cython能够提供一种集成而高效的方法来加速代码执行速度。更重要的是，若是你熟悉C语言，就可使用Cython许多进一步优化代码的功能。

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