教你用 Cython 自己造轮子

“Gotham” by James Gilleard

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作者：Nugine

专栏地址：zhuanlan.zhihu.com/c_168195059

在本篇文章中，我要向你展示使用 Cython 扩展 Python 的技巧。

如果你同时有 C/C++和 Python 的编码能力，我相信你会喜欢这个的。

我们要造的轮子是一个最简单的栈的实现，用 C/C++来编写能够减小不必要的开销，带来显著的加速。

步骤

1. 建立目录

2. 编写 C++文件

3. 编写 pyx 文件

4. 直接编译

5. 测试

1. 建立目录

首先，建立我们的工作目录。

1. mkdir pystack

2. cd pystack

32 位版本和 64 位版本会带来不同的问题。我的 C 库是 32 位的，所以 python 库必须也是 32 位。

使用 pipenv 指定 python 版本,并安装 Cython。

1. pipenv --python P:\Py3.6.5\python.exe

2. pipenv install Cython

2. 编写 C++文件

按 Python 官方文档，这里 C++必须用 C 的方式编译，所以需要加上 extern "C"。

"c_stack.h"

1. #include "python.h"

3. extern "C"{

4.    class C_Stack {

5.        private:

6.        struct Node {

7.            PyObject* val;

8.            Node* prev;

9.        };

10.        Node* tail;

12.        public:

13.        C_Stack();

15.        ~C_Stack();

17.        PyObject* peek();

19.        void push(PyObject* val);

21.        PyObject* pop();

22.    };

23. }

"c_stack.cpp"

1. extern "C"{

2.    #include "c_stack.h"

3. }

5. C_Stack::C_Stack() {

6.    tail = new Node;

7.    tail->prev = NULL;

8.    tail->val = NULL;

9. };

11. C_Stack::~C_Stack() {

12.    Node *t;

13.    while(tail!=NULL){

14.        t=tail;

15.        tail=tail->prev;

16.        delete t;

17.    }

18. };

20. PyObject* C_Stack::peek() {

21.    return tail->val;

22. }

24. void C_Stack::push(PyObject* val) {

25.    Node* nt = new Node;

26.    nt->prev = tail;

27.    nt->val = val;

28.    tail = nt;

29. }

31. PyObject* C_Stack::pop() {

32.    Node* ot = tail;

33.    PyObject* val = tail->val;

34.    if (tail->prev != NULL) {

35.        tail = tail->prev;

36.        delete ot;

37.    }

38.    return val;

39. }

最简单的栈实现，只有 push,peek,pop 三个接口，作为示例足够了。

3. 编写 pyx 文件

Cython 使用 C 与 Python 混合的语法简化了扩展 Python 的步骤。

编写起来十分简单,前提是事先了解它的语法。

"pystack.pyx"

1. # distutils: language=c++

2. # distutils: sources = c_stack.cpp

4. from cpython.ref cimport PyObject,Py_INCREF,Py_DECREF

6. cdef extern from 'c_stack.h':

7.    cdef cppclass C_Stack:

8.        PyObject* peek();

10.        void push(PyObject* val);

12.        PyObject* pop();

14. class StackEmpty(Exception):

15.    pass

17. cdef class Stack:

18.    cdef C_Stack _c_stack

20.    cpdef object peek(self):

21.        cdef PyObject* val

22.        val=self._c_stack.peek()

23.        if val==NULL:

24.            raise StackEmpty

25.        return