Python擴展模塊加速方案的示例分析

這篇文章主要介紹Python擴展模塊加速方案的示例分析，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

ctypes（一）

 — 初識

 很多初學Python的新手，總是嘴邊掛著一句話：“Python是一門膠水語言”。

可是究竟什么是膠水語言呢？相信很多人都不知道，或者誤以為膠水就是可以直接和其他所有語言配合的語言。

雖然如今Python已經(jīng)發(fā)展得很強大了，“膠水語言”這個特性已經(jīng)很少被提及了。但是膠水仍然是它現(xiàn)在應用得最廣泛的特性之一。只不過從曾經(jīng)Python為輔變成了如今的Python為主而已。

那么到底什么是“膠水特性”呢？

其實Python自打出生以來就和C語言有莫大的關聯(lián)，它可以調(diào)用現(xiàn)有的C/C++程序，而不用做那些重復造輪子的事。使得節(jié)約了大量的重新開發(fā)的成本。許多的現(xiàn)有C程序代碼可以用一個Python作為中樞來管理和調(diào)用，就好像這些C程序“被膠水粘住了”一樣。這就是膠水特性的來源。

隨著Python語言的發(fā)展，Python已經(jīng)變得足夠強大和健壯，在不斷優(yōu)化性能的過程中，膠水這一特性被逐漸弱化，因為Python已經(jīng)強大到不需要依附C語言而存在。但是這一特性讓然被保留了下來。那么，既然Python已經(jīng)足夠強大，那么還需要這一特性做什么呢？

說到底，Python是一個解釋型動態(tài)腳本語言，再加上十幾年沒有解決的GIL鎖，無論是執(zhí)行效率還是并發(fā)性都是Python最大的缺點。

因此這個特性的存在給如今的Pythoner一個新的選擇，那些對執(zhí)行效率和并發(fā)性有著極高要求的模塊，使用C來實現(xiàn)。使用C來輔助Python解決某些特殊情況下的性能問題，成了如今Python社區(qū)中最為普遍的方案，很多人不知道，事實上很多我們常用的庫都利用了這一特性。

數(shù)據(jù)兼容層

由于Python這一特性是一個大家族，我們先來了解一下Python與C之間做的一個兼容層模塊 — ctypes 模塊。

了解 ctypes模塊之前，我們需要先了解 ctypes 提供了哪些用于兼容的數(shù)據(jù)類型：

注：一下表格是根據(jù)Python3版本列出，區(qū)別僅僅是原生字符串類型和long整型而已

嘗試共享庫

什么是共享庫？

其實C語言在經(jīng)過編譯之后不一定要生成可執(zhí)行文件，可以以一種共享給其他程序調(diào)用的“共享庫”的形式存在，其他程序通過調(diào)用這個共享庫，就可以利用這個現(xiàn)有C編譯過的程序了。

為了對各位新手朋友能夠更加產(chǎn)生更加直接的幫助，我們以Windows系統(tǒng)為例，調(diào)用VC共享庫。Windows下默認給VC共享庫加上dll擴展名后綴。

我們以加載 cdecl 調(diào)用規(guī)則函數(shù)的 cdll 模塊進行展示

首先，我們必須要導入 cdll 可以參考一下語句

from ctypes import cdll

然后可以直接通過對 cdll 的屬性訪問獲得 msvcrt.dll 共享庫文件的連接

libc = cdll.msvcrt

接著，我們就可以從這個共享庫中獲得相應的VC函數(shù)了，最常見的是printf函數(shù)（ps：不知道有沒有引起一些老司機的眼淚呢？）

printf = libc.printf

既然已經(jīng)拿到了一個共享庫中的函數(shù)，那么我們就來牛刀小試一下吧

我們首先在IDLE里面試著運行一下

什么也沒有發(fā)生！貌似被深深的欺騙了！別急，這其中自由原因。

我們先來看看，printf函數(shù)調(diào)用的結(jié)果是什么，使用print查看

看樣子printf函數(shù)的返回值是輸出的字節(jié)數(shù)，可是我們還有一個問題沒有解決，那就是，輸出在哪呢？

其實printf函數(shù)是C的函數(shù)，并不會輸出到Python中來，因此要使用控制臺來輸出

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