Python代码加速利器：Cython

【导读】如果你用过Python，你可能会发现它比想象中运行的慢，尤其是与C语言相比。这主要是因为Python是一种动态编程语言，然而C语言很多操作是在编译时就完成了。但也不是没有办法，Cython可以很好解决你的痛点。

Cython是结合了Python和C的语法的一种语言，可以简单的认为就是给Python加上了静态类型后的语法，使用者可以维持大部分的Python语法，而不需要大幅度调整主要的程式逻辑与算法。但由于会直接编译为二进制程序，所以性能较Python会有很大提升。虽然Cython本身是一种单独的编程语言，但很容易将其整合到例如Jupyter笔记本工作流程。在执行时，Cython将您的Python代码转换为C，通常会大大加快它的速度。

安装Cython

首先你需要你要C编译器。对于Linux，通常使用GNU C编译器（gncc）。对于Mac OS，您可以下载Xcode以获取gncc。而Windows 桌面系统下安装C编译器会更复杂。

有了C编译器之后，你只需运行：

pip install Cython

如何使用Cython

我们将在IPython中演示Cython。

我们首先介绍IPython Magic命令。Magic命令以百分号开头，通常有2种类型：

• 单行Magic由单个'％'表示，并且仅在一行输入上操作

• 单元格Magic用两个'％'表示，并在多行输入上操作。

首先运行下列语句引入Cython:

%load_ext Cython

然后，当运行Cython代码时，我们需要加入以下Cython 代码：

%%cython

然后就可以愉快地使用Cython了。

Cython的速度有多快？

Cython 主要优化的是循环与递归。

让我们用斐波那契数列来证明这一点。数列中下一个数字是前两项之和，用如下代码在Python中实现斐波那契数列：

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

使用Python：

如上图所示，在序列中找到第39个数字需要13.3秒。此处的挂起时间是指从调用该函数开始到结束所用的总时间。

让我们在Cython中定义相同的函数。

其实只是在第一行加入了

%%cython -a

加入“-a”之后，我们可以看出是Python中哪些代码比较耗时了，加入“%%cython” 之后，这些代码都将在C语言下运行。你还可以单击每行旁边的“+”符号以查看Python代码的C转换。

这段代码有多快？我们来看看：

在这种情况下，Cython比Python快约6.75倍。这清楚地展示了利用Cython节省时间的能力，它提供了比常规Python代码最大的改进。

其他选项

如果你熟悉C的使用，Cython还允许访问C代码，Cython的编写者尚未添加即用型声明。例如，使用以下代码，您可以为C函数生成Python包装器并将其添加到模块dict中。

%%cythoncdef extern from "math.h":cpdef double sin(double x)

Cython还有许多其他功能，例如并行。

结论

如果您有时遇到不得不等待太长时间才能执行Python代码的问题，Cython提供了一种非常整齐且高效的方法来加速您的代码。最重要的是，如果您对C语言稍微熟悉，它提供了许多进一步优化代码的功能。我绝对建议您仔细查看文档。 

原文链接:

https://towardsdatascience.com/speed-up-your-python-code-with-cython-8879105f2b6f

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