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。
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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 )
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输出
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42.8259568214
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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
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#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;
}
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使用以下命令生成 .so (shared object)文件
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gcc - shared - o prime.so - fPIC prime.c
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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)
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输出
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Python version: 43.4539749622 seconds
C version: 8.56250786781 seconds
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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
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#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);
}
}
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gcc - shared - o mylib.so - fPIC mylib.c
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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
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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)
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输出
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1.874907
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与Python list 的 sort 方法进行对比
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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)
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输出
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2.501257
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至于结构体,需要定义一个类,包含相应的字段和类型
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class Point(ctypes.Structure):
_fields_ = [( 'x' , ctypes.c_double),
( 'y' , ctypes.c_double)]
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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
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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)
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输出
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Python version: 0.850172 seconds
C version : 0.27645 seconds
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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。