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提速 72 倍，在 Python 里面调用 Golang 函数_python

提速 72 倍，在 Python 里面调用 Golang 函数_linux_02


剧照 | 《灵笼》

我们知道，在涉及到大量 CPU 计算的时候，Python 的运行效率可能不如其他语言。在之前的一篇文章我们讲到了如何通过把 Python 代码编译成 C 语言代码来提高代码的运行速度。今天，我们不用 C 语言，而用 Go 语言。并且，我们这次不是做转换，而是直接用 Python 调用 Go 语言写的代码。

今天的文章内容需要使用 Linux 和 macOS 系统实现。或者你也可以使用 Windows 10自带的 WSL2 Linux子系统。

今天我们的测试代码还是递归版本的斐波那契数列计算函数，由于递归版本涉及到大量重复计算，所以运行速度极慢。用 Python 计算第40项，耗时36.6秒，如下图所示：

提速 72 倍，在 Python 里面调用 Golang 函数_c语言_03

如果直接使用 Golang 来写相同的算法，速度会远远快于 Python——同样是计算第40项，只需要0.5秒，如下图所示：

提速 72 倍，在 Python 里面调用 Golang 函数_python_04

那么，我们能不能使用 Golang 写一个计算斐波那契数列的递归函数，但是使用 Python 来调用这个函数呢？

实际上是可以的，我们只需要把 Golang 写的程序编译为​​.so​​文件就可以在 Python 里面调用了。

首先修改一下我们的 Golang 代码，把计算斐波拉契数列的函数​​fib​​​的首字母改成大写。在 Golang 中，只有首字母大写的函数，才能被​​package​​外面的代码调用。

修改以后的代码如下：

package main


import (
    "C"
)


//export Fib
func Fib(n int) int {
    if n == 1 || n == 2{
        return 1
    } else {
        return Fib(n - 1) + Fib(n - 2)
    }
}


func main() {}

需要注意的是，这里的注释​​//export Fib​​​不能省略，因为在编译成​​.so​​​文件的时候，编译器会寻找这个注释。同时，为了能正常编译，我们也必须导入​​C​​这个包。

把代码保存为​​fib.go​​，然后我们使用如下命令进行编译：

go build -buildmode=c-shared -o _fib.so fib.go

这条命令指定了编译模式为​​c-shared​​​，编译完成以后，当前文件夹下面会生成一个​​_fib.so​​文件。这就是我们需要用 Python 载入的文件了。

下面，我们创建一个 Python 文件​​load.py​​，代码如下：

import ctypes
import time




so = ctypes.cdll.LoadLibrary('./_fib.so')
fib = so.Fib


start = time.time()
result = fib(40)
end = time.time()
print(f'斐波那契数列第40项：{result}，耗时：{end - start}')

在这段代码里面，通过 Python 自带的​​ctypes​​​模块，加载​​_fib.so​​​文件，然后提取出里面的​​Fib​​函数。这个函数就是用递归方式计算斐波那契数列的函数了。同样是计算第40项，我们来看看耗时：

提速 72 倍，在 Python 里面调用 Golang 函数_c语言_05

只需要0.5秒。耗时只有纯 Python 版本的 三十六分之一，也就是说，通过 Python 调用 Golang 的函数，速度是纯 Python 版本的72倍。

但需要注意的是，由于Golang 是静态强类型语言，定义函数的时候需要声明变量类型。如果你要导出的函数是字符串，那么变量类型需要改为​​*C.char​​​而不是简单的​​string​​。这里涉及到 C 语言中的变量类型与 Golang 中变量类型的映射关系，可以参阅：cgo[1]。本文的例子中，由于整型比较特殊，直接使用​​int​​就可以了。但其他的类型可能并没有这么简单。

参考资料

[1]

cgo: https://golang.org/cmd/cgo/

-END-

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