从python程序执行c程序

Question

我是编程新手，想知道如何让python程序执行并与c程序通信。我在python中进行数学计算，并且想知道我是否可以用C编写主计算，这样计算运行得更快。我一直在阅读“从python中调用c函数”，“在Python代码中直接包含C或C ++代码”，以及“使用python中的c库”。这是一回事吗？我想要一个python程序来执行一个c程序并接收结果。

从python“调用C库函数”是什么意思？是否允许python脚本使用c库或允许脚本在c编译器中执行代码？

感谢

Answer 1

最简单的方法之一是使用Cython。您可以编写非常接近Python的代码，但它可以编译为C.这使得一些代码（尤其是数值计算）更快。您也可以使用Cython轻松地从Python调用C库函数，尽管ctypes也足够了。

但是，如果您确实想要执行特定的C程序，则可以使用Subprocess执行此操作。 N.B.，这比直接调用C库或Cython函数慢得多。

Answer 2

在处理“数组操作”（有时也称为向量操作，但我发现这个术语与SIMD术语混淆）时，也会有相当快的numpy。如果你决定采用cython路线，你可能需要numpy，所以如果算法不是太复杂，你可能想先看看它是否足够好numpy。

请注意，您可以在此处使用两种不同的路线。您可以使用subprocess基本上向您编写的其他程序发出系统调用。这很慢，因为您需要启动一个新进程并将数据发送到进程中，然后从进程中读回数据。换句话说，每次调用都会多次复制数据。第二个路由是从python调用C函数。由于Cpython（参考和最常见的python实现）是用C编写的，因此您可以创建C扩展。它们基本上是编译的库，它们遵循某种API。然后Cpython可以加载这些库并使用里面的函数，传递指向数据的指针。通过这种方式，数据实际上没有被复制 - 你正在使用你在C中使用的python中的相同内存块。这里的缺点是C API有点复杂。这就是第三方扩展和现有库进入的地方（numpy，cython，ctypes等）。它们都有不同的方式在C函数中推送计算，而不必担心C API。 Numpy删除了循环，因此您可以快速添加，减去，乘以数组（在许多其他事物中）。 Cython将python代码转换为C然后可以编译和导入 - 通常为了获得速度，你需要提供额外的提示，允许cython优化生成的代码，ctypes有点脆弱，因为你必须重新指定你的C函数原型，但只要你可以将你的库编译成共享对象就很容易了......列表可以继续。

另请注意，如果您不使用numpy，您可能需要查看pypy。它声称比Cpython更快地运行你的python代码。

Answer 3

想到的选项：

1. Cython：Python的一种方言，可以自由地混合Python和C数据类型。通过类的几个类型注释给出适度的加速，如果给主循环所有C类型进行操作，可以更快一些。现在只是CPython，但是有人讨论过让它与Pypy合作。
2. SWIG：一种界面/粘合语言，用于将C库与可能较大的高级语言列表（包括CPython）进行匹配。
3. ctypes：允许您调用各个C函数并访问各个C数据类型。除非你花了很多时间在C代码中，否则不要在CPython中炙手可热。可能有点脆。也适用于Pypy。
4. C扩展模块：CPython非常标准的东西 - 这是标准库放在一起的CPython的多少。如果使用cpyext，有些但不是所有这些都与Pypy一起使用。简而言之，你用C语言编写一个带有一堆锅炉板的模块，但它可以从CPython中调用。
5. CFFI：来自Pypy项目的新的外部功能界面。他们现在正在与CPython合作，并且打算不久就与Pypy合作。它就像ctypes，但不那么脆弱 - 缺点是它需要在运行时使用C编译器，而且它的代码非常年轻。
6. Pypy：这实际上并不是一种调用C本身的方式，但对于许多纯Python代码来说，它的速度几乎和C一样快。如果你没有很多你需要的C扩展模块，那么Pypy可能是你的不错选择。
7. subprocess：一种非常便携的与另一个进程交互的方式，不一定是同一种语言。可以与子进程中的任何语言一起使用。除非你花很少时间来回传递数据，否则不要快速。几乎所有交换的数据都必须序列化为ASCII或其他东西，但它是如此便携，简单且松散耦合，值得考虑。
8. 您可以优化Python：http://wiki.python.org/moin/PythonSpeed/PerformanceTips

不要急于用C编码 - 就程序员时间而言，它的成本要高得多，并且容易出现细微的，很难发现的错误。首先在Pure Python中运行您的代码，以使程序以任何速度生成正确的结果，然后如果您发现程序太慢，请分析程序以确定哪个部分需要以其中一种方式重做以上所列。通常你只需要在纯python以外的其他东西中完成你程序的0-2％ - 也可以节省程序员时间，以获得尽可能多的代码。

Answer 4

你想要ctypes。它允许您直接从Python运行C函数，而无需任何疯狂的扩展。当然，你应该确保你没有过早地进行优化。 Python的数学函数非常快。

ctypes模块允许您直接从Python代码调用C库函数。这意味着它允许您将已编译的库放在Python可以访问它的位置并运行这些已编译的函数。这与从Python调用C程序不同，正如Conrad指出的那样，可以用子进程完成。当然，子进程不需要用C编写的程序。它可以运行任何可执行文件。