Cython 包装现有 C 代码

Cython是一个编译器，可以将Python代码转换为C语言代码。由于C语言比Python更接近机器语言，因此使用Cython编写的程序可以比纯Python程序更快地执行，同时也保留了Python的可读性和易用性。本文将介绍如何使用Cython将现有的C代码包装成一个Python模块。

安装Cython

首先，我们需要安装Cython。使用以下命令可以在Python中安装Cython：

pip install cython

编写包装器

接下来，我们需要编写一个Cython包装器，将现有的C代码转换成Python模块。假设我们已经有了以下的C代码：

#include <stdio.h>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

void greet(char *name) {
    printf("Hello, %s!\n", name);
}

我们的目标是将这些函数包装成一个Python模块。在这之前，我们需要先创建一个名为 example.pyx 的Cython文件，并在其中定义我们的包装器代码：

cdef extern from "example.h":
    int add(int a, int b)
    void greet(char *name)

def py_add(int a, int b):
    return add(a, b)

def py_greet(name):
    greet(name.encode())

这里，我们使用 cdef extern 指令将C代码导入Cython中，然后定义两个Python函数 py_add 和 py_greet 分别对应C代码中的 add 和 greet 函数。需要注意的是，我们需要将Python字符串转换为C字符串，这里使用了 encode() 方法来实现。

编写 setup.py 文件

我们还需要一个 setup.py 文件来为我们的包装器构建一个Python模块。在当前目录下创建一个名为 setup.py 的文件，然后添加以下代码：

from setuptools import setup, Extension
from Cython.Build import cythonize

ext_modules = [
    Extension(
        "example",
        sources=["example.pyx", "example.c"],
    )
]

setup(
    name="example",
    ext_modules=cythonize(ext_modules),
)

这里，我们使用了 setuptools 库来构建模块。我们将编写的Cython文件和原始C文件都添加到了 Extension 中。在 setup() 函数中，我们使用了 cythonize() 函数将 ext_modules 编译成Python模块。

构建模块

我们可以使用以下命令构建模块：

python setup.py build_ext --inplace

这个命令将生成一个名为 example.so 的共享库文件，该文件是Cython模块的二进制代码。

使用模块

现在我们可以在Python程序中导入模块并使用其中的函数了：

import example

print(example.py_add(1, 2))  # Output: 3

example.py_greet("World")   # Output: Hello, World!

结论

使用Cython将现有的C代码包装成Python模块可以帮助我们快速地将现有的代码与Python代码集成，并同时获取性能和可读性。然而，这个过程需要一些基本的Cython知识和对C语言的理解，因此需要小心处理。