Python调用C模块以及性能分析

一.c，ctypes和python的数据类型的对应关系

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ctypes type ctype Python type
c_char char 1-character string
c_wchar wchar_t 1-character unicode string
c_byte char int/long
c_ubyte unsigned char int/long
c_short short int/long
c_ushort unsigned short int/long
c_int int int/long
c_uint unsigned int int/long
c_long long int/long
c_ulong unsigned long int/long
c_longlong __int64 or long long int/long
c_ulonglong unsigned __int64 or unsigned long long int/long
c_float float float
c_double double float
c_char_p char * (NUL terminated) string or None
c_wchar_p wchar_t * (NUL terminated) unicode or None
c_void_p void * int/long or None

2.操作int

 
 
 
 
  
  
  
  >>> from ctypes import *
  
  
  
  
  
  
  
  >>> c=c_int(34)
  
  
  
  
  
  
  
  >>> c
  
  
  
  
  
  
  
  c_int(34)
  
  
  
  
  
  
  
  >>> c.value
  
  
  
  
  
  
  
  34
  
  
  
  
  
  
  
  >>> c.value=343
  
  
  
  
  
  
  
  >>> c.value
  
  
  
  
  
  
  
  343

3.操作字符串

 
 
 
 
  
  
  
  >>> p=create_string_buffer(10)
  
  
  
  
  
  
  
  >>> p.raw
  
  
  
  
  
  
  
  '\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00'
  
  
  
  
  
  
  
  >>> p.value='fefefe'
  
  
  
  
  
  
  
  >>> p.raw
  
  
  
  
  
  
  
  'fefefe\x00\x00\x00\x00'
  
  
  
  
  
  
  
  >>> p.value='fefeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee'  #字符串太长，报错
  
  
  
  
  
  
  
  Traceback (most recent call last):
  
  
  
  
  
  
  
    File "", line 1, in 
  
  
  
  
  
  
  
  ValueError: string too long

4.操作指针

 
 
 
 
  
  
  
  >>> i=c_int(999)
  
  
  
  
  
  
  
  >>> pi=pointer(i)
  
  
  
  
  
  
  
  >>> pi
  
  
  
  
  
  
  
  <__main__.LP_c_int object at 0x7f7be1983b00>
  
  
  
  
  
  
  
  >>> pi.value
  
  
  
  
  
  
  
  Traceback (most recent call last):
  
  
  
  
  
  
  
    File "", line 1, in 
  
  
  
  
  
  
  
  AttributeError: 'LP_c_int' object has no attribute 'value'
  
  
  
  
  
  
  
  >>> pi.contents
  
  
  
  
  
  
  
  c_int(999)
  
  
  
  
  
  
  
  >>> pi.contents=c_long(34343)
  
  
  
  
  
  
  
  >>> pi.contents
  
  
  
  
  
  
  
  c_int(34343)

通过pointer获取一个值的指针
通过contents获取一个指针的值

5.c的结构体

 
 
 
 
  
  
  
  #定义一个c的structure，包含两个成员变量x和y
  
  
  
  
  
  
  
  >>> class POINT(Structure):
  
  
  
  
  
  
  
  ...     _fields_=[('x',c_int),('y',c_int)]
  
  
  
  
  
  
  
  ...
  
  
  
  
  
  
  
  >>> point=POINT(2,4)
  
  
  
  
  
  
  
  >>> point
  
  
  
  
  
  
  
  <__main__.POINT object at 0x7f7be1983b90>
  
  
  
  
  
  
  
  >>> point.x,point.y
  
  
  
  
  
  
  
  (2, 4)
  
  
  
  
  
  
  
  >>> porint=POINT(y=2)
  
  
  
  
  
  
  
  >>> porint
  
  
  
  
  
  
  
  <__main__.POINT object at 0x7f7be1983cb0>
  
  
  
  
  
  
  
  >>> point=POINT(y=2)
  
  
  
  
  
  
  
  >>> point.x,point.y
  
  
  
  
  
  
  
  (0, 2)
  
  
  
  
  
  
  
  定义一个类型为POINT的数组
  
  
  
  
  
  
  
  >>> POINT_ARRAY=POINT*3
  
  
  
  
  
  
  
  >>> pa=POINT_ARRAY(POINT(2,3),POINT(2,4),POINT(2,5))
  
  
  
  
  
  
  
  >>> for i in pa:print pa.y
  
  
  
  
  
  
  
  ...
  
  
  
  
  
  
  
  Traceback (most recent call last):
  
  
  
  
  
  
  
    File "", line 1, in 
  
  
  
  
  
  
  
  AttributeError: 'POINT_Array_3' object has no attribute 'y'
  
  
  
  
  
  
  
  >>> for i in pa:print i.y
  
  
  
  
  
  
  
  ...
  
  
  
  
  
  
  
  3
  
  
  
  
  
  
  
  4
  
  
  
  
  
  
  
  5

6.访问so文件

1.创建一个c文件

 
 
 
 
  
  
  
  #include 
  
  
  
  
  
  
  
  int hello_world(){
  
  
  
  
  
  
  
      printf("Hello World\n");
  
  
  
  
  
  
  
      return 0;
  
  
  
  
  
  
  
  }
  
  
  
  
  
  
  
  int main(){
  
  
  
  
  
  
  
          hello_world();
  
  
  
  
  
  
  
          return 0;
  
  
  
  
  
  
  
  }

2.编译成动态链接库

 
 
 
 
  
  
  
  gcc hello_world.c  -fPIC -shared -o hello_world.so

3.python中调用库中的函数

 
 
 
 
  
  
  
  from ctypes import cdll
  
  
  
  
  
  
  
  c_lib=cdll.LoadLibrary('./hello_world.so')
  
  
  
  
  
  
  
  c_lib.hello_world()

二.测试c的性能和python的差别

sum.c

 
 
 
 
  
  
  
  int sum(int num){
  
  
  
  
  
  
  
      long sum=0;
  
  
  
  
  
  
  
      int i =0;
  
  
  
  
  
  
  
      for( i=1;i<=num;i++){
  
  
  
  
  
  
  
          sum=sum+i;
  
  
  
  
  
  
  
      };
  
  
  
  
  
  
  
      return sum;
  
  
  
  
  
  
  
  }
  
  
  
  
  
  
  
  int main(){
  
  
  
  
  
  
  
      printf("%d",sum(10));
  
  
  
  
  
  
  
      return 0;
  
  
  
  
  
  
  
  }

测试方案：计算1-100的和
测试次数：100万次

1. 直接用c来执行，通linux 的time命令来记录执行的用时

sum.c：

 
 
 
 
  
  
  
  #include 
  
  
  
  
  
  
  
  int sum(int num){
  
  
  
  
  
  
  
      long sum=0;
  
  
  
  
  
  
  
      int i =0;
  
  
  
  
  
  
  
      for( i=1;i<=num;i++){
  
  
  
  
  
  
  
          sum=sum+i;
  
  
  
  
  
  
  
      };
  
  
  
  
  
  
  
      return sum;
  
  
  
  
  
  
  
  }
  
  
  
  
  
  
  
  int main(){
  
  
  
  
  
  
  
      int i ;
  
  
  
  
  
  
  
      for (i=0;i<1000000;i++){
  
  
  
  
  
  
  
      sum(100);
  
  
  
  
  
  
  
      }
  
  
  
  
  
  
  
      return 0;
  
  
  
  
  
  
  
  }

测试结果的例子：

real 1.16
user 1.13
sys 0.01

2.通过Python调用so文件和python的测试结果

sum_test.py:

 
 
 
 
  
  
  
  def sum_python(num):
  
  
  
  
  
  
  
      s = 0
  
  
  
  
  
  
  
      for i in xrange(1,num+1):
  
  
  
  
  
  
  
          s += i
  
  
  
  
  
  
  
      return s
  
  
  
  
  
  
  
   
  
  
  
  
  
  
  
   
  
  
  
  
  
  
  
  from ctypes import cdll
  
  
  
  
  
  
  
   
  
  
  
  
  
  
  
  c_lib = cdll.LoadLibrary('./sum.so')
  
  
  
  
  
  
  
   
  
  
  
  
  
  
  
   
  
  
  
  
  
  
  
  def sum_c(num):
  
  
  
  
  
  
  
      return c_lib.sum(num)
  
  
  
  
  
  
  
   
  
  
  
  
  
  
  
   
  
  
  
  
  
  
  
  def test(num):
  
  
  
  
  
  
  
      import timeit
  
  
  
  
  
  
  
   
  
  
  
  
  
  
  
      t1 = timeit.Timer('c_lib.sum(%d)' % num, 'from __main__ import c_lib')
  
  
  
  
  
  
  
      t2 = timeit.Timer('sum_python(%d)' % num, 'from __main__ import sum_python')
  
  
  
  
  
  
  
      print 'c', t1.timeit(number=1000000)
  
  
  
  
  
  
  
      print 'python', t2.timeit(number=1000000)
  
  
  
  
  
  
  
   
  
  
  
  
  
  
  
   
  
  
  
  
  
  
  
  if __name__ == '__main__':
  
  
  
  
  
  
  
      test(100)

测试结果的例子

 
 
 
 
  
  
  
  c 1.02756714821
  
  
  
  
  
  
  
  python 7.90672802925

3.测试erlang的测试结果

刚刚学了erlang，那就一起测试一下erlang的运算性能

sum.erl:

 
 
 
 
  
  
  
  -module(sum).
  
  
  
  
  
  
  
  -export([sum/2,sum_test/2]).
  
  
  
  
  
  
  
  sum(0,Sum) ->
  
  
  
  
  
  
  
          Sum;
  
  
  
  
  
  
  
  sum(Num,Sum) ->
  
  
  
  
  
  
  
          sum(Num-1,Sum+Num).
  
  
  
  
  
  
  
  sum_test(Num,0) ->
  
  
  
  
  
  
  
          0;
  
  
  
  
  
  
  
  sum_test(Num,Times) ->
  
  
  
  
  
  
  
          sum(Num,0),
  
  
  
  
  
  
  
          sum_test(Num,Times-1).

调用：

 
 
 
 
  
  
  
  timer:tc(sum,sum_test,[100,1000000]).

测试结果的例子：

 
 
 
 
  
  
  
  {2418486,0}

4.测试结果

用上面的测试方法，进行10次测试，去除***值和最小值，再计算平均值，得出：

单位：秒

求和的运行，使用的内存比较小，但是占用CPU资源比较多。
原生的C是最快的，Python调用c会稍微慢一点，原因是计算100的和的操作是在c里面做的，而执行100万次的逻辑是在python做的
erlang的性能虽然比c稍慢，但是也是不错的，
Python的运行效率惨不忍睹。。。

本文标题：Python调用C模块以及性能分析
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