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 <stdio.h> #include <math.h> int check_prime(int a) { int c; for ( c = 2 ; c <= sqrt(a) ; 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 <stdio.h> 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 <= 0) 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 < right) { while (arr[left] < mid && left < right) left++; while (arr[right] >= mid && left < right) 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。
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