利用ctypes提高Python的执行速度方法介绍

高洛峰
发布: 2017-03-28 14:59:28
原创
1459人浏览过

这篇文章给大家介绍了如何利用ctypes提高Python的执行速度,对大家学习使用python具有一定的参考借鉴价值。有需要的朋友们一起来看看吧。

">

前言

ctypes是Python的外部函数库。它提供了C兼容的数据类型,并且允许调用动态链接库/共享库中的函数。它可以将这些库包装起来给Python使用。这个引入C语言的接口可以帮助我们做很多事情,比如需要调用C代码的来提高性能的一些小型问题。通过它你可以接入Windows系统上的 kernel32.dll 和 msvcrt.dll 动态链接库,以及Linux系统上的 libc.so.6 库。当然你也可以使用自己的编译好的共享库

我们先来看一个简单的例子 我们使用 Python 求 1000000 以内素数,重复这个过程10次,并计算运行时间。

import math
from timeit import timeit
def check_prime(x):
 values = xrange(2, int(math.sqrt(x)) + 1)
 for i in values:
   if x % i == 0:
     return False
 return True
def get_prime(n):
 return [x for x in xrange(2, n) if check_prime(x)]
print timeit(stmt='get_prime(1000000)', setup='from __main__ import get_prime',
      number=10)

输出

42.8259568214

下面用C语言写一个的 check_prime 函数,然后把它当作共享库(动态链接库)导入

#include
#include
int check_prime(int a)
{
 int c;
 for ( c = 2 ; c    if ( a%c == 0 )
     return 0;
 }
 return 1;
}

使用以下命令生成 .so (shared object)文件

gcc -shared -o prime.so -fPIC prime.c
import ctypes
import math
from timeit import timeit
check_prime_in_c = ctypes.CDLL('./prime.so').check_prime
def check_prime_in_py(x):
 values = xrange(2, int(math.sqrt(x)) + 1)
 for i in values:
   if x % i == 0:
     return False
 return True
def get_prime_in_c(n):
 return [x for x in xrange(2, n) if check_prime_in_c(x)]
def get_prime_in_py(n):
 return [x for x in xrange(2, n) if check_prime_in_py(x)]
py_time = timeit(stmt='get_prime_in_py(1000000)', setup='from __main__ import get_prime_in_py',
        number=10)
c_time = timeit(stmt='get_prime_in_c(1000000)', setup='from __main__ import get_prime_in_c',
       number=10)
print "Python version: {} seconds".format(py_time)
print "C version: {} seconds".format(c_time)

输出

Python version: 43.4539749622 seconds
C version: 8.56250786781 seconds

我们可以看到很明显的性能差距 这里有更多的方法去判断一个数是否是素数

再来看一个复杂点的例子 快速排序

mylib.c

#include
typedef struct _Range {
 int start, end;
} Range;
Range new_Range(int s, int e) {
 Range r;
 r.start = s;
 r.end = e;
 return r;
}
void swap(int *x, int *y) {
 int t = *x;
 *x = *y;
 *y = t;
}
void quick_sort(int arr[], const int len) {
 if (len    return;
 Range r[len];
 int p = 0;
 r[p++] = new_Range(0, len - 1);
 while (p) {
   Range range = r[--p];
   if (range.start >= range.end)
     continue;
   int mid = arr[range.end];
   int left = range.start, right = range.end - 1;
   while (left      while (arr[left]        left++;
     while (arr[right] >= mid && left        right--;
     swap(&arr[left], &arr[right]);
   }
   if (arr[left] >= arr[range.end])
     swap(&arr[left], &arr[range.end]);
   else
     left++;
   r[p++] = new_Range(range.start, left - 1);
   r[p++] = new_Range(left + 1, range.end);
 }
}
gcc -shared -o mylib.so -fPIC mylib.c

使用ctypes有一个麻烦点的地方是原生的C代码使用的类型可能跟Python不能明确的对应上来。比如这里什么是Python中的数组?列表?还是 array 模块中的一个数组。所以我们需要进行转换

test.py

import ctypes
import time
import random
quick_sort = ctypes.CDLL('./mylib.so').quick_sort
nums = []
for _ in range(100):
 r = [random.randrange(1, 100000000) for x in xrange(100000)]
 arr = (ctypes.c_int * len(r))(*r)
 nums.append((arr, len(r)))
init = time.clock()
for i in range(100):
 quick_sort(nums[i][0], nums[i][1])
print "%s" % (time.clock() - init)

输出

1.874907

与Python list 的 sort 方法进行对比

import ctypes
import time
import random
quick_sort = ctypes.CDLL('./mylib.so').quick_sort
nums = []
for _ in range(100):
 nums.append([random.randrange(1, 100000000) for x in xrange(100000)])
init = time.clock()
for i in range(100):
 nums[i].sort()
print "%s" % (time.clock() - init)

输出

2.501257

至于结构体,需要定义一个类,包含相应的字段和类型

class Point(ctypes.Structure):
 _fields_ = [('x', ctypes.c_double),
       ('y', ctypes.c_double)]

除了导入我们自己写的C语言扩展文件,我们还可以直接导入系统提供的库文件,比如linux下c标准库的实现 glibc

import time
import random
from ctypes import cdll
libc = cdll.LoadLibrary('libc.so.6') # Linux系统
# libc = cdll.msvcrt # Windows系统
init = time.clock()
randoms = [random.randrange(1, 100) for x in xrange(1000000)]
print "Python version: %s seconds" % (time.clock() - init)
init = time.clock()
randoms = [(libc.rand() % 100) for x in xrange(1000000)]
print "C version : %s seconds" % (time.clock() - init)

输出

Python version: 0.850172 seconds
C version : 0.27645 seconds

总结

以上就是这篇文章的全部内容,希望对大家学习或使用Python能有一定的帮助,如果有疑问大家可以留言交流。

以上就是利用ctypes提高Python的执行速度方法介绍的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

python速学教程(入门到精通)
python速学教程(入门到精通)

python怎么学习?python怎么入门?python在哪学?python怎么学才快?不用担心,这里为大家提供了python速学教程(入门到精通),有需要的小伙伴保存下载就能学习啦!

下载
来源:php中文网
本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系admin@php.cn
最新问题
开源免费商场系统广告
热门教程
更多>
最新下载
更多>
网站特效
网站源码
网站素材
前端模板
关于我们 免责申明 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送
PHP中文网APP
随时随地碎片化学习
PHP中文网抖音号
发现有趣的

Copyright 2014-2025 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号