预定义的 .pxd 文件-阿里云开发者社区

预定义的 .pxd 文件

2024-09-30 6

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简介： 预定义的 .pxd 文件

libc

之前我们使用了这样一条导入语句：from libc.stdlib cimport malloc，显然这是 Cython 提供的预定义 .pxd 文件，位于 Cython 主目录的 Includes 目录中。

C 的头文件在 Cython 里面是以 .pxd 文件的形式存在的，所以这个目录相当于包含了常用的 C 头文件。当然这些都只是声明，至于具体实现则隐藏在编译器当中，我们看不到罢了。

from libc cimport stdio
stdio.printf(<char *>"name = %s, age = %d\n",
             <char *>"satori", <int> 16)
"""
name = satori, age = 16
"""

在 C 里面 #include <stdio.h> 之后，可以直接使用 printf，但是在 Cython 里面则需要通过 stdio.printf 的形式。这是由 Python 的命名空间决定的，因为 printf 位于 stdio 里面，在属性查找时必须先找到 stdio，然后才能找到 printf。

或者使用 from libc.stdio cimport printf 直接将某个具体的函数导入进来也行，这样就能直接使用 printf 了。当然啦，我们也可以 cimport *，这样就和 C 的 #include 一致了。

另外在导入的时候，记得名字不要冲突：

from libc.math cimport sin
from math import sin
"""
from libc.math cimport sin
from math import sin
                ^
------------------------------------------------------------
cython_test.pyx:2:17: Assignment to non-lvalue 'sin'
"""

显然导入的两个函数重名了，因此 Cython 引发了一个编译错误。而为了修复这一点，我们只需要这么做。

from libc.math cimport sin as c_sin
from math import sin as py_sin
print(c_sin(3.1415926 / 2))
print(py_sin(3.1415926 / 2))
"""
0.9999999999999997
0.9999999999999997
"""

此时就没有任何问题了。

另外导入函数的时候不可以重名，但如果我们导入的是模块的话，那么是可以重名的。

from libc cimport math
import math
print(math.sin(math.pi / 2))
"""
1.0
"""

尽管 import math 是在下面，但是调用的时候会从 C 标准库中进行调用。不过这种做法总归是不好的，我们应该修改一下：

from libc cimport math as c_math
import math as py_math

所以这些预定义的 .pxd 文件就类似于 C 的头文件：

它们都声明了 C 一级的数据结构供外界调用；
它们都允许开发者对功能进行拆分, 分别通过不同的模块实现；
它们都实现了公共的 C 级接口；

至于每个文件里面都可以使用哪些函数，可以点进源码中查看：

关于这部分语法下一篇文章会说，总之可以看到和 C 的标准库是一致的，只不过声明的方式不同，一个是 C 的语法，一个是 Cython 的语法。但我们知道 Cython 代码也是要翻译成 C 代码的，所以 from libc cimport stdlib 最终也会被翻译成 #include <stdlib.h>。

并且 Includes 目录下除了 libc 之外，还有其它的包：

其中 libcpp 里面包含了 C++ 标准模板库（STL）容器的声明，如：string, vector, list, map, pair, set 等等。而 cpython 则可以让我们访问 Python/C API，当然还有一个重要的包就是 numpy，Cython 也是支持的。

访问 Python/C API

我们来看看如何通过 Cython 来访问 Python/C API。

from cpython.list cimport (
    PyList_SetItem,
    PyList_GetItem
)
cdef list names = ["古明地觉"]
# names[0] = "古明地恋" 等价于如下
PyList_SetItem(names, 0, "古明地恋")
print(names)
"""
['古明地恋']
"""
# print(names[0]) 等价于如下
# 由于 PyList_GetItem 返回的是 PyObject *
# 我们需要转成 object
# PyObject * 是 C 层面的, object 是 Python 层面的
print(<object>PyList_GetItem(names, 0))
"""
古明地恋
"""
from cpython.object cimport (
    PyObject_RichCompareBool,
    Py_LT, Py_LE, Py_EQ,
    Py_NE, Py_GT, Py_GE
)
# 2 < 1 等价于如下
print(
    PyObject_RichCompareBool(2, 1, Py_LT)
)  # False
# 2 > 1 等价于如下
print(
    PyObject_RichCompareBool(2, 1, Py_GT)
)  # True
from cpython.object cimport (
    PyObject_IsInstance,
    PyObject_IsSubclass
)
# isinstance(123, int) 等价于如下
print(
    PyObject_IsInstance(123, int)
)  # True
# issubclass(int, object) 等价于如下
print(
    PyObject_IsSubclass(int, object)
)  # True