如何将Python编译成C语言

前言：

文章里用的Python环境是Anaconda3 2019.7
这里测试的程序是找出所有1000以内的勾股数。
a∈[1, 1000]，b∈[1, 1000], c∈[1, 1000]

足a² + b² = c² 有多少种解？

如果用普通的python去写，代码如下：

创建一个main.py

# encoding=utf-8
# cython: language_level=3
import time
import pyximport

pyximport.install()
import pyth_triples

def main():
    start = time.time()
    result = pyth_triples.count_triples(1000)
    duration = time.time() - start
    print(result, duration * 1000, "ms")

if __name__ == '__main__':
    main()

创建pyth_triples.py

# encoding=utf-8
# cython: language_level=3
def count_triples(limit):
    result = 0

    for a in range(1, limit + 1):
        for b in range(a + 1, limit + 1):
            for c in range(b + 1, limit + 1):
                if c ** 2 > a ** 2 + b ** 2:
                    break
                if c ** 2 == (a ** 2 + b ** 2):
                    result += 1
    return result

这时候还没有编译成C去运行，只是从pyx文件导入函数去使用。
执行结束以后，结果为881，耗时为57603毫秒，太慢了。

现在开始，我们编译成C语言去运行，看一下效果。
修改pyth_triples.pyx文件，定义的变量都改为cdef int xxx = 0

# encoding=utf-8
# cython: language_level=3
def count_triples(limit):
    cdef int result = 0
    cdef int a = 0
    cdef int b = 0
    cdef int c = 0
    for a in range(1, limit + 1):
        for b in range(a + 1, limit + 1):
            for c in range(b + 1, limit + 1):
                if c ** 2 > a ** 2 + b ** 2:
                    break
                if c ** 2 == (a ** 2 + b ** 2):
                    result += 1
    return result

创建setup.py （这一步其实可以不做，因为这只是把编译结果写入本地磁盘，给我们展示生成的C语言代码长什么样）

# encoding=utf-8
# cython: language_level=3
from distutils.core import setup

from Cython.Build import cythonize

# set PYTHONHOME=D:\Anaconda3
# conda activate
# python setup.py build_ext --inplace
setup(
    ext_modules=cythonize("pyth_triples.pyx")
)

依次在pycharm的终端执行以下命令：

set PYTHONHOME=D:\Anaconda3
conda activate
python setup.py build_ext --inplace

这将生成.c文件和一些不知道什么文件

执行main.py以后，结果不变，实行时间由原来的57603毫秒减少到35毫秒左右，相差1600多倍。

如果用Java去跑这套代码

Java代码：

public class TriplesTest {
    public static void main(String[] args) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(count_triples(1000));
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("run time:" + (endTime - startTime) + "ms");
    }

    public static int count_triples(int limit) {
        int result = 0;
        for (int a = 1; a <= limit; a++) {
            for (int b = a + 1; b <= limit; b++) {
                for (int c = b + 1; c <= limit; c++) {
                    if (Math.pow(c, 2) > Math.pow(a, 2) + Math.pow(b, 2)) {
                        break;
                    }
                    if (Math.pow(c, 2) == Math.pow(a, 2) + Math.pow(b, 2)) {
                        result += 1;
                    }
                }
            }
        }
        return result;
    }
}

执行时间是130ms左右。

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