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不知不觉几个月又过去了，关于 Cython 系列暂时就先告一段落，不知道我的文章有没有让你有所收获呢，要是有的话就太好了。 下面回顾一下我们都学习了哪些内容： 1）了解了 Cython 是什么？以及它存在的意义，为什么 Cython 会出现。 2）通过对比 Cython, C, C 扩展以及纯 Python 之间的性能差异，了解了 Cython 如何对 Python 进行加速，以及应该在何时使用 Cython。 3）了解了编译 Cython 代码的几种方式，因为 Cython 代码是要经过编译的，编译方式可以是手动编译、也可以是自动编译。 4）通过对比静态语言和动态语言、以及编译执行和解释执行之间的差异，进一步理解了 Cython 的定位以及作用。 5）然后就是 Cython 的基础语法，包括变量的静态声明、静态函数、静态类、类型转换、异常处理、魔法方法等等。 6）Cython 同时理解 C 和 Python，在 Cython 里面可以直接声明 C 一级的结构，比如数组、指针、结构体、共同体、枚举等等。此外一些 C 级结构和 Python 结构是可以相互转换的，但是要注意内存管理相关的问题。 7）如果代码量很大、功能很复杂的话，就需要多文件编程了，所以我们还学习了 Cython 的工程化，如何将多个文件组织起来。核心就在于定义一个和 .pyx 文件具有相同基名称的 .pxd 文件，将那些想要提供给别的文件使用的 C 级结构都写在里面，然后通过 cimport 导入。 8）然后是 Cython 最核心的特性，就是包装外部的 C 代码。假设你有现成的 C 源文件，那么 Cython 可以直接对其进行包装，外界调用 Python 函数，在 Python 函数内部调用 C 函数。这样调用者就不清楚，这个功能是我们自己实现的，还是已经存在的。 9）Cython 不光可以封装 C 源文件，还可以封装动态库和静态库，而 C 已经存在大半个世纪了，拥有非常多的库。并且库的话，也可以使用 Go, Rust 编写，然后封装给 Cython 使用。 10）Python 在科学计算领域大放异彩的原因就在于，它能和 C 进行非常好的交互，并且数据之间可以共享内存，而共享内存的实现得益于缓冲区协议。Python 底层有一个结构体叫 Py_buffer，它内部有一个 buf 字段指向了缓冲区，所有实现缓冲区协议的对象一律通过 Py_buffer 来操作缓冲区，这样就屏蔽了不同对象之间的类型差异。 数据拷贝的时候，可以只拷贝 Py_buffer 结构体，但是结构体内部的 buf 字段指向的缓冲区不拷贝，从而实现共享内存。而我们也学习了缓冲区协议的具体细节，以及不同对象之间是如何共享缓冲区的，并且还通过 Cython 和 Python/C API 手动实现了缓冲区协议。 11）Python 有一个内置类型 memoryview，它存在的目的是在 Python 级别表示 C 级的缓冲区。但 Cython 提供了一个 typed memoryview，它是专门为 C 风格的访问而设计的，并且功能更加强大。 12）Numpy 数组是使用最广泛的数组，不仅具有出色的性能，还提供了大量丰富的 API 供我们使用。而 typed memoryview 和 Numpy 数组之间也是可以共享内存的，而共享内存的方式我们提供了三种。 13）最后是并行计算，上面不管再怎么优化，都是基于单线程的。这样性能的提升幅度有限，而合理地利用硬件资源是最有效的办法。所以我们介绍了 GIL 到底是个什么东西？它为什么会存在，存在的意义是什么？如何通过 Cython 将 GIL 释放掉，真正实现并行？以及 Cython 释放 GIL 的原理是什么，我们应该在何时释放 GIL，释放 GIL 又有哪些注意事项？ 14）虽然 Cython 可以释放 GIL，但对于 for 循环来说其实是不够方便的。所以我们又学习了 prange，它专门用于 for 循环的并行。只需要将 range 换成 prange，即可接入所有可用的 CPU 核心，非常方便，但这个特性并不是所有的 C 编译器都支持。  总的来说，Cython 还是非常值得我们去学习的，通过学习 Cython，你也能更加深刻地了解 Python。 然后再看一下文章标题，上面写着"不是完结的完结"，这是什么意思呢？因为 Cython 不仅可以包装 C，还可以包装 C++，而我不懂 C++。所以这个系列暂时结束，我去学习一段时间 C++ 之后，再把内容补上去。 可能有人觉得我这么做有点奇怪，为了介绍 Cython 还专门去学习 C++，其实原因是有一个读者问过我几次关于 Cython 包装 C++ 的问题。后面我跟他说，我去学一段时间 C++，然后再来帮你解决，因此我要实现约定。 所以该系列虽然完结了，但又没有完结，敬请期待后续内容。 |
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