Cython

Не следует путать с CPython.

Cython
Класс языка	свободное и открытое программное обеспечение, реализация языка программирования, транспайлер, язык программирования и Python-библиотека
Появился в	28 июля 2007
Автор	Robert Bradshaw, Stefan Behnel и др.
Выпуск	3.0.11-1 (5 августа 2024)
Тестовая версия	3.0.0 alpha 11
Испытал влияние	Pyrex
Лицензия	Apache License
Сайт	cython.org
ОС	Linux, Unix-подобная операционная система, Windows и macOS

Cython — язык программирования, упрощающий написание модулей на С/C++ для Python. Кроме стандартного синтаксиса Python, поддерживаются:

• прямой вызов функций и методов C/C++ из кода на Cython;
• строгая типизация переменных, классов, атрибутов классов.

Код Cython преобразуется в C/C++ код для последующей компиляции и впоследствии может использоваться как расширение стандартного Python или как независимое приложение со встроенной библиотекой выполнения Cython.

История

Cython является наследником языка программирования Pyrex, но имеет больше возможностей и оптимизаций.

Преимущества

Cython имеет очень близкий синтаксис к Python.

Особое преимущество такого «бесшовного» подхода в смешивании Python/C состоит в том, что существующий Python-код может быть настроен на работу почти со скоростью С простым добавлением нескольких статических объявлений типов и некоторыми адаптациями в критических циклах, без необходимости в сложном коде интерфейса. Скорость кодирования и удобочитаемость кода остаются сравнимы с Python.

В связи с пониженными накладными расходами в управляющих структурах (особенно в циклах), оптимистической оптимизацией и (ограниченным) выводом типов, скомпилированный Cython код Python обычно выполняется быстрее, чем в CPython 2.6.x, хотя абсолютное улучшение в значительной степени зависит от кода. С объявлениями типов типичные ускорения для численных вычислений/массивов составляет около 100—1000 раз. Для сравнения, типичное увеличение скорости при использовании Psyco (JIT-компилятор для Python) составляет около 4—100 раз.

Cython был оптимизирован для низких накладных расходов на вызов подпрограмм, в связи с чем вызов из Python внешнего C/C++ кода через оболочку Cython, как правило, быстрее, чем при использовании большинства других решений.

Пример

Следующий пример вычисляет функцию Аккермана:

# Файл ackermann.pyx
def ackermann(int m, int n):
    if m == 0:
        return n + 1
    elif n == 0:
        return ackermann(m - 1, 1)
    else:
        return ackermann(m - 1, ackermann(m, n - 1))

print("Ackermann:")
print(ackermann(0, 3))
print(ackermann(1, 4))

Чтобы получить исполняемый файл, его нужно транслировать в Си (здесь и ниже - команды оболочки UNIX-подобной системы):

cython --embed ackermann.pyx -o ackermann.c

После чего можно откомпилировать полученный промежуточный файл:

gcc -g -O2 -o ackermann ackermann.c `python-config --includes --ldflags`

Альтернативы

Для привязки библиотек Си может использоваться SWIG, который поддерживает сразу несколько языков программирования, но из-за своей обобщённости несколько проигрывает Cython в лёгкости использования (количестве необходимого дополнительного кода). Другие значимые аналоги: Parakeet (использует LLVM и JIT-компиляцию специальным образом размеченного кода на Python) и Nuitka (транслятор из Python с C++, который подобно PyPy пытается типизировать программу на Python во время компиляции).

См. также

• Unladen Swallow
• PyPy
• Psyco
• Shedskin
• Numba

Ссылки

• Официальная страница проекта

Источники

• Stefan Behnel, Robert Bradshaw, Craig Citro, Lisandro Dalcin, Dag Sverre Seljebotn, Kurt Smith. Cython: The Best of Both Worlds // Computing in Science and Engineering. — 2011. — № 13.2. — P. 31-39. — doi:10.1109/MCSE.2010.118.
• Philip Herron. Cython: Python to native code // Linux Format. — 2014. — № 12 / LXF191. — P. 84-87. — ISSN 1470-4234.
• Philipp Herron. Learning Cython Programming. — Packt, Сентябрь2013. — 110 p. — ISBN 9781783280797.