Cython入门（一）计算斐波那契数列

本文将会通过一个简单的例子来作为Cython系列的入门文章。

Cython介绍

Cython的本质可以总结为：Cython是具有C数据类型的Python。

Cython就是Python：几乎所有的Python代码都是有效的Cython代码。（有少量例外，但这里我们先承认这个结论。）Cython的编译器会把代码转换成等效于调用Python/C API的C代码。

但是Cython远不止于此，因为它的参数和变量可以被声明为具有C数据类型。我们可以自由地混用操作Python值和C值的代码，而Cython会帮助我们自动转换需要转换的地方。Python中的引用计数保存和错误检查也是自动的，而且Python的异常处理机制，包括try-except和try-finally同样可行——即使是在操作C数据时。

总的来说，Cython 可以让我们方便地：

用 Python 的语法混合编写 Python 和 C/C++ 代码，提升 Python 速度
调用 C/C++ 代码

下面我们将会通过一个简单的计算斐波那契数列的例子来了解Cython的使用方式。

一个简单的例子：计算斐波那契数列

原始的python代码

# -*- coding: utf-8 -*-
# @file: fibonacci.py
def cal_fibonacci(n: int) -> int:
    if n <= 1:
        return 1
    else:
        return cal_fibonacci(n-1) + cal_fibonacci(n-2)


if __name__ == '__main__':
    import time
    s_time = time.time()
    result = cal_fibonacci(n=35)
    print(result, (time.time() - s_time) * 1000)

pyx文件

# -*- coding: utf-8 -*-

cdef int _calc_fibonacci_number_c(int n):
    if n <= 1:
        return n
    else:
        return _calc_fibonacci_number_c(n-1) + _calc_fibonacci_number_c(n-2)

def calc_fibonacci_number_c(n):
    return _calc_fibonacci_number_c(n)

可以看到，pyx文件的写法中加入了C语言的数据类型，这就是Cython的程序代码了，看上去与Python十分相似，这无疑是很方便学习的。

注意: cdef定义的_calc_fibonacci_number_c函数，我们将无法通过Python的模块调用方式来调用，因此，我们又实用了def来定义Python中的calc_fibonacci_number_c函数。

编译文件: setup.py

# setup.py
from distutils.core import setup, Extension
from Cython.Build import cythonize
setup(ext_modules = cythonize(Extension(
    'c_fibonacci',
    sources=['c_fibonacci.pyx'],
    language='c',
    include_dirs=[],
    library_dirs=[],
    libraries=[],
    extra_compile_args=[],
    extra_link_args=[]
)))

编译

运行命令：

1	`python setup.py build_ext --inplace`

--inplace可用-i代替。

编译完后会生成同名的以.c和.so文件为后缀的文件。（Linux系统为so文件，Windows为pyd文件）

测试

# -*- coding: utf-8 -*-
import time
from fibonacci import cal_fibonacci_number
import c_fibonacci

n = 35
s_time = time.time()
result1 = cal_fibonacci_number(n)
e1_time = time.time()
print(result1, (e1_time - s_time) * 1000)
result2 = c_fibonacci.calc_fibonacci_number_c(n)
e2_time = time.time()
print(result1, (e2_time - e1_time) * 1000)