Question

几周前，我问了一个关于提高用Python编写的函数速度的问题。那时，TryPyPy引起了我注意使用Cython这样做的可能性。他还举了一个例子，说明我如何Cython化该代码片段。我想对下面的代码做同样的事情，看看通过声明变量类型我能做多快。我有几个与此相关的问题。我在cython.org上看过教程，但我还是有一些问题。他们密切相关：

我不知道C.我需要学习哪些部分，使用Cython来声明变量类型？
与python列表和元组对应的C类型是什么？例如，我可以在Cython中使用double来获取Python中的float。我该怎么做列表？通常，我在哪里可以找到给定Python类型的相应C类型。

任何关于如何对下面的代码进行Cython化的示例都会非常有用。我在代码中插入了注释，提供了有关变量类型的信息。

class Some_class(object):
    ** Other attributes and functions **
    def update_awareness_status(self, this_var, timePd):
        '''Inputs: this_var (type: float)
           timePd (type: int)
           Output: None'''

        max_number = len(self.possibilities)
        # self.possibilities is a list of tuples.
        # Each tuple is a pair of person objects. 

        k = int(math.ceil(0.3 * max_number))
        actual_number = random.choice(range(k))
        chosen_possibilities = random.sample(self.possibilities, 
                                         actual_number)
        if len(chosen_possibilities) > 0:
            # chosen_possibilities is a list of tuples, each tuple is a pair
            # of person objects. I have included the code for the Person class
            # below.
            for p1,p2 in chosen_possibilities:

                # awareness_status is a tuple (float, int)
                if p1.awareness_status[1] < p2.awareness_status[1]:                   
                    if p1.value > p2.awareness_status[0]:
                        p1.awareness_status = (this_var, timePd)
                    else:
                        p1.awareness_status = p2.awareness_status
                elif p1.awareness_status[1] > p2.awareness_status[1]:
                    if p2.value > p1.awareness_status[0]:
                        p2.awareness_status = (price, timePd)
                    else:
                        p2.awareness_status = p1.awareness_status
                else:
                    pass     

class Person(object):                                         
    def __init__(self,id, value):
        self.value = value
        self.id = id
        self.max_val = 50000
        ## Initial awareness status.          
        self.awarenessStatus = (self.max_val, -1)

Answer 1

总的来说，通过运行带有cython“annotate”选项的-a命令，您可以准确地看到Cython为每个源代码生成的C代码。有关示例，请参阅Cython documentation。在尝试查找函数体内的瓶颈时，这非常非常有用。

此外，在Cython运行代码时，有"early binding for speed"的概念。 Python对象（如下面的Person类的实例）使用通用Python代码进行属性访问，这在内循环中很慢。我怀疑如果你将Person类更改为cdef class，那么你会看到一些加速。此外，您需要在内部循环中键入p1和p2对象。

由于你的代码有很多Python调用（例如random.sample），你可能不会获得巨大的加速，除非你找到一种方法将这些行放入C，这需要花费很多精力。 / p>

您可以将内容输入为tuple或list，但这通常不会意味着加速。最好尽可能使用C数组;你必须要查找的东西。

我通过以下微不足道的修改获得了1.6倍的加速因子。请注意，我必须在这里和那里更改一些内容以使其编译。

ctypedef int ITYPE_t

cdef class CyPerson:
    # These attributes are placed in the extension type's C-struct, so C-level
    # access is _much_ faster.
    cdef ITYPE_t value, id, max_val
    cdef tuple awareness_status

    def __init__(self, ITYPE_t id, ITYPE_t value):
        # The __init__ function is much the same as before.
        self.value = value
        self.id = id
        self.max_val = 50000
        ## Initial awareness status.          
        self.awareness_status = (self.max_val, -1)

NPERSONS = 10000

import math
import random

class Some_class(object):

    def __init__(self):
        ri = lambda: random.randint(0, 10)
        self.possibilities = [(CyPerson(ri(), ri()), CyPerson(ri(), ri())) for i in range(NPERSONS)]

    def update_awareness_status(self, this_var, timePd):
        '''Inputs: this_var (type: float)
           timePd (type: int)
           Output: None'''

        cdef CyPerson p1, p2
        price = 10

        max_number = len(self.possibilities)
        # self.possibilities is a list of tuples.
        # Each tuple is a pair of person objects. 

        k = int(math.ceil(0.3 * max_number))
        actual_number = random.choice(range(k))
        chosen_possibilities = random.sample(self.possibilities,
                                         actual_number)
        if len(chosen_possibilities) > 0:
            # chosen_possibilities is a list of tuples, each tuple is a pair
            # of person objects. I have included the code for the Person class
            # below.
            for persons in chosen_possibilities:
                p1, p2 = persons
                # awareness_status is a tuple (float, int)
                if p1.awareness_status[1] < p2.awareness_status[1]:
                    if p1.value > p2.awareness_status[0]:
                        p1.awareness_status = (this_var, timePd)
                    else:
                        p1.awareness_status = p2.awareness_status
                elif p1.awareness_status[1] > p2.awareness_status[1]:
                    if p2.value > p1.awareness_status[0]:
                        p2.awareness_status = (price, timePd)
                    else:
                        p2.awareness_status = p1.awareness_status

Answer 2

C并不直接了解列表的概念。基本数据类型为int（char，short，long），float / double（所有这些都具有非常简单的映射关系python）和指针。如果指针的概念对您而言是新的，请查看：Wikipedia:Pointers

在某些情况下，指针可用作元组/数组替换。字符指针是所有字符串的基础。假设您有一个整数数组，然后将其存储为具有起始地址的连续内存块，您可以定义类型（int）并且它是指针（*）：< / p>

cdef int * array;

现在您可以像这样访问数组的每个元素：

array[0] = 1

但是，必须分配内存（例如使用malloc）并且高级索引将不起作用（例如array[-1]将是内存中的随机数据，这也适用于超出保留宽度的索引空间）。

更复杂的类型不直接映射到C，但通常有一种C方式可以执行某些可能不需要python类型的方法（例如for循环不需要范围数组/迭代器）。

正如您自己注意到的那样，编写好的cython代码需要更详细的C知识，因此前进到教程可能是最好的下一步。

Cython化Python函数以使其更快

2 个答案: