Cython：Cython 语法，调用其他C库

Cython 语法

cdef 关键词

cdef 定义 C 类型变量。

可以定义局部变量：

def fib(int n):
    cdef int a,b,i
    ...

定义函数返回值：

cdef float distance(float *x, float *y, int n):
    cdef:
        int i
        float d = 0.0
    for i in range(n):
        d += (x[i] - y[i]) ** 2
    return d

定义函数：

cdef class Particle(object):
    cdef float psn[3], vel[3]
    cdef int id

注意函数的参数不需要使用 cdef 的定义。

def, cdef, cpdef 函数

Cython 一共有三种定义方式，def, cdef, cpdef 三种：

• def - Python, Cython 都可以调用
• cdef - 更快，只能 Cython 调用，可以使用指针
• cpdef - Python, Cython 都可以调用，不能使用指针

cimport

from math import sin as pysin
from numpy import sin as npsin

%load_ext Cython

从标准 C 语言库中调用模块，cimport 只能在 Cython 中使用：

%%cython
from libc.math cimport sin
from libc.stdlib cimport malloc, free

cimport 和 pxd 文件

如果想在多个文件中复用 Cython 代码，可以定义一个 .pxd 文件（相当于头文件 .h）定义方法，这个文件对应于一个 .pyx 文件（相当于源文件 .c），然后在其他的文件中使用 cimport 导入：

fib.pxd, fib.pyx 文件存在，那么可以这样调用：

from fib cimport fib

还可以调用 C++ 标准库和 Numpy C Api 中的文件：

from libcpp.vector cimport vector
cimport numpy as cnp

调用其他C库

从标准库 string.h 中调用 strlen：

%%file len_extern.pyx
cdef extern from "string.h":
    int strlen(char *c)

def get_len(char *message):
    return strlen(message)

Writing len_extern.pyx

不过 Cython 不会自动扫描导入的头文件，所以要使用的函数必须再声明一遍：

%%file setup_len_extern.py
from distutils.core import setup
from distutils.extension import Extension
from Cython.Distutils import build_ext

setup(
  ext_modules=[ Extension("len_extern", ["len_extern.pyx"]) ],
  cmdclass = {'build_ext': build_ext}
)

Writing setup_len_extern.py

编译：

!python setup_len_extern.py build_ext --inplace

running build_ext
cythoning len_extern.pyx to len_extern.c
building 'len_extern' extension
creating build
creating build\temp.win-amd64-2.7
creating build\temp.win-amd64-2.7\Release
C:\Miniconda\Scripts\gcc.bat -DMS_WIN64 -mdll -O -Wall -IC:\Miniconda\include -IC:\Miniconda\PC -c len_extern.c -o build\temp.win-amd64-2.7\Release\len_extern.o
writing build\temp.win-amd64-2.7\Release\len_extern.def
C:\Miniconda\Scripts\gcc.bat -DMS_WIN64 -shared -s build\temp.win-amd64-2.7\Release\len_extern.o build\temp.win-amd64-2.7\Release\len_extern.def -LC:\Miniconda\libs -LC:\Miniconda\PCbuild\amd64 -lpython27 -lmsvcr90 -o "C:\Users\Jin\Documents\Git\python-tutorial\07. interfacing with other languages\len_extern.pyd"

从 Python 中调用：

import len_extern

调用这个模块后，并不能直接使用 strlen 函数，可以看到，这个模块中并没有 strlen 这个函数：

dir(len_extern)

['__builtins__',
 '__doc__',
 '__file__',
 '__name__',
 '__package__',
 '__test__',
 'get_len']

不过可以调用 get_len 函数：

len_extern.get_len('hello')

5

因为调用的是 C 函数，所以函数的表现与 C 语言的用法一致，例如 C 语言以 \0 为字符串的结束符，所以会出现这样的情况：

len_extern.get_len('hello\0world!')

5

除了对已有的 C 函数进行调用，还可以对已有的 C 结构体进行调用和修改：

%%file time_extern.pyx
cdef extern from "time.h":

    struct tm:
        int tm_mday
        int tm_mon
        int tm_year

    ctypedef long time_t
    tm* localtime(time_t *timer)
    time_t time(time_t *tloc)

def get_date():
    """Return a tuple with the current day, month and year."""
    cdef time_t t
    cdef tm* ts
    t = time(NULL)
    ts = localtime(&t)
    return ts.tm_mday, ts.tm_mon + 1, ts.tm_year + 1900

Writing time_extern.pyx

这里我们只使用 tm 结构体的年月日信息，所以只声明了要用了三个属性。

%%file setup_time_extern.py
from distutils.core import setup
from distutils.extension import Extension
from Cython.Distutils import build_ext

setup(
  ext_modules=[ Extension("time_extern", ["time_extern.pyx"]) ],
  cmdclass = {'build_ext': build_ext}
)

Writing setup_time_extern.py

编译：

!python setup_time_extern.py build_ext --inplace

running build_ext
cythoning time_extern.pyx to time_extern.c
building 'time_extern' extension
C:\Miniconda\Scripts\gcc.bat -DMS_WIN64 -mdll -O -Wall -IC:\Miniconda\include -IC:\Miniconda\PC -c time_extern.c -o build\temp.win-amd64-2.7\Release\time_extern.o
writing build\temp.win-amd64-2.7\Release\time_extern.def
C:\Miniconda\Scripts\gcc.bat -DMS_WIN64 -shared -s build\temp.win-amd64-2.7\Release\time_extern.o build\temp.win-amd64-2.7\Release\time_extern.def -LC:\Miniconda\libs -LC:\Miniconda\PCbuild\amd64 -lpython27 -lmsvcr90 -o "C:\Users\Jin\Documents\Git\python-tutorial\07. interfacing with other languages\time_extern.pyd"

测试：

import time_extern

time_extern.get_date()

(19, 9, 2015)

清理文件：

import zipfile

f = zipfile.ZipFile('07-04-extern.zip','w',zipfile.ZIP_DEFLATED)

names = ['setup_len_extern.py',
         'len_extern.pyx',
         'setup_time_extern.py',
         'time_extern.pyx']
for name in names:
    f.write(name)

f.close()

!rm -f setup*.*
!rm -f len_extern.*
!rm -f time_extern.*
!rm -rf build