前段時(shí)間寫(xiě)了兩篇文章介紹如何提高Python的運(yùn)行效率，一篇是從python語(yǔ)言本身的角度去介紹的，另一篇是從解釋器角度(利用PyPy)，有興趣的可以找著看看。從另外一個(gè)角度來(lái)介紹如何提高python運(yùn)行效率，那就是利用c/c++來(lái)擴(kuò)展python提高性能。我們知道python官方網(wǎng)站上下載的python解釋器源碼是用c語(yǔ)言編寫(xiě)的，所以，也可以利用c/c++來(lái)擴(kuò)展它，以獲得較優(yōu)的執(zhí)行性能。Python提供了API接口，是我們很方便的能進(jìn)行擴(kuò)展，所有這些API都包含在Python.h的頭文件里，在編寫(xiě)c代碼時(shí)引入該頭文件即可。下面來(lái)講講我初用c/c++擴(kuò)展python的經(jīng)歷吧。申明所有系統(tǒng)Ubuntu 16.04 LTS。

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（一）Ubuntu下如何編譯.c文件

    說(shuō)實(shí)話，進(jìn)行這部分學(xué)習(xí)時(shí)，第一困擾我的問(wèn)題就是不知道怎么在Ubuntu下編譯.c文件，以前在大學(xué)的時(shí)候，用的是Windows系統(tǒng)，安裝了visual studio 2010，代碼編寫(xiě)，編譯都很方便。沒(méi)有在Ubuntu下用c語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，所以這部分知道還不太了解，好在網(wǎng)上資料非常豐富，很快就能找到相應(yīng)的資料。其實(shí)Ubuntu系統(tǒng)自帶c語(yǔ)言編譯器，那就是gcc。不信你可以打開(kāi)終端，輸入命名：gcc --version，顯示如下信息：

如果沒(méi)有的話，你也可自己安裝,安裝命令如下：

sudo apt-get install gcc

建議還要安裝一個(gè)build-essentiall包，作用是提供編譯程序必須軟件包的列表信息，也就是說(shuō) 編譯程序有了這個(gè)軟件包它才知道 頭文件在哪 ，才知道庫(kù)函數(shù)在哪，還會(huì)下載依賴(lài)的軟件包 ， 最后才組成一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境。

好了，現(xiàn)在寫(xiě)個(gè)簡(jiǎn)單的.c文件吧。

打開(kāi)終端，輸入命令vim hello.c,當(dāng)然，你也可以用gedit來(lái)編輯代碼，只要文件擴(kuò)展名不搞錯(cuò)了就行。代碼如下：

#include<stdio.h>
int main()
{
int i;
for(i=0;i<3;i++)
printf("hello,gcc!\n");
}

然后保存文件并退出。編譯成可執(zhí)行文件，命令如下：

gcc hello.c -o hello

然后輸入./hello執(zhí)行該文件。效果如下圖。

這里只是簡(jiǎn)單的講了一下linux的gcc的使用方法，關(guān)于它更多的用法可以在網(wǎng)上查資料，在此不做過(guò)多介紹。

（二）使用C/C++擴(kuò)展Python

1.先利用Python提供的接口，編寫(xiě)一個(gè)漢語(yǔ)一定功能.c文件，比如判斷一個(gè)數(shù)是不是素?cái)?shù)。在這里文件名為test.c，使用c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)后再使用Python進(jìn)行包裝。代碼如下：

#include<Python.h>
static PyObject *pr_isprime(PyObject *self,PyObject *args){
    int n,num;
    if(!PyArg_ParseTuple(args,"i",&num))
        return NULL;
    if(num<1){
        return Py_BuildValue("i",0);
    }
    n=num-1;
    while(n>1){
        if(num%n==0)
            return Py_BuildValue("i",0);
            n--;
    }
    return Py_BuildValue("i",1);
}

static PyMethodDef PrMethods[]={
    {"isPrime",pr_isprime,METH_VARARGS,"check if an input numbe is prime or not."},
    {NULL,NULL,0,NULL}
};

void initpr(void){
    (void) Py_InitModule("pr",PrMethods);
}

PyObject是Python對(duì)象機(jī)制的基礎(chǔ)，所有得對(duì)象都擁有一些相同的內(nèi)容，而這些內(nèi)容在PyObject中定義。

上面的代碼包括三部分：

一是導(dǎo)出函數(shù)，C模塊對(duì)外暴露的接口函數(shù)pr_isprime，帶有self和args兩個(gè)參數(shù)，其中參數(shù)args中包含了python解釋器要傳遞給c函數(shù)的所有參數(shù)，通常使用PyArg_ParseTuple()來(lái)獲得這些參數(shù)。

二是初始化函數(shù)，以便python解釋器能夠?qū)δK進(jìn)行初始化，初始化時(shí)要以init開(kāi)頭，如initx。

第三是方法列表，提供給外部的python程序使用的一個(gè)C模塊函數(shù)名稱(chēng)映射表PrMethods。它是一個(gè)PyMethodDef結(jié)構(gòu)體，其中成員依次表示方法名、導(dǎo)出函數(shù)、參數(shù)傳遞方式和方法描述。

參數(shù)傳遞方式一般設(shè)置為METH_VARARGS，如果想傳遞關(guān)鍵字參數(shù)，你可以讓它與MRTH_KEYWORDS進(jìn)行或運(yùn)算；如果不想接受任何參數(shù)，可以用METH_NOARGS，該結(jié)構(gòu)體必須以{NULL,NULL,0,NULL}所表示的一條空記錄結(jié)尾。

至于為什么這樣做，可能與Python.h里面的函數(shù)有關(guān)，該部分我還未仔細(xì)研究，所以這篇文章也叫題目用了“初用”，如果有以后弄清楚了，我會(huì)“再用”，與大家分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。

2.編寫(xiě)setup.py腳本

代碼如下：

rom distutils.core import setup,Extension
module = Extension('pr',sources=['test.c'])
setup(name='Pr test',version = '1.0',ext_modules=[module])

 distutils包是可以用來(lái)在Python環(huán)境中構(gòu)建和安裝額外的模塊。新的模塊可以是純Python的，也可以是用C/C++寫(xiě)的擴(kuò)展模塊，或者可以是Python包，包中包含了由C和Python編寫(xiě)的模塊。在此不做過(guò)多介紹，有興趣可以在網(wǎng)上找資料了解下。

3.使用python setup.py build進(jìn)行編譯，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在當(dāng)前目錄生成一個(gè)build子目錄，里面包含一個(gè).so文件、.o文件。看看我的操作結(jié)果吧

執(zhí)行python setup.py build命令后，系統(tǒng)確實(shí)在當(dāng)前目錄生成了一個(gè)build子目錄，并且有一個(gè).so文件、.o文件。

4.將生成的.so文件復(fù)制到/usr/local/lib/python2.7/dist-packages下，或者將.so文件所在目錄路徑添加到sys.path中，然后就可以使用該C擴(kuò)展模塊了。如下圖：

（三）簡(jiǎn)單測(cè)試下性能

代碼如下：

#coding=utf-8
import pr
import datetime
def is_prime(n):
    if n <= 1:#
        return False
    else:
        a = n - 1
        while(a > 1):
            if n % a == 0:
                return True
            a = a - 1
        return False
t1 = datetime.datetime.now()
is_prime(8888888)
t2 = datetime.datetime.now()
pr.isPrime(8888888)
t3 = datetime.datetime.now()
print t3 - t2,t2 - t1

其中is_prime()是用python寫(xiě)的判斷一個(gè)正數(shù)是不是素?cái)?shù)。它的循環(huán)算法與pr模塊里面的isPrime()是一樣的，但是效率卻有很大差異，看看下圖運(yùn)行結(jié)果。

很顯然用c擴(kuò)展的那個(gè)包里的函數(shù)計(jì)算速度快而且是塊近20倍，數(shù)值越大，速度上的差距越大，有興趣的話，可以動(dòng)手試下。當(dāng)然這只是一個(gè)定性分析。

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標(biāo)題名稱(chēng)：初用C/C++擴(kuò)展Python，提高性能-創(chuàng)新互聯(lián)
分享地址：http://www.rwnh.cn/article0/csghio.html

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