Как ускорить Python с помощью C-расширений: стоит ли игра свеч?

Python, известный своей простотой и удобством, иногда проигрывает в производительности. Для задач, требующих скорости, можно интегрировать C-расширения, используя Python/C API и библиотеку python.h. Это позволяет создавать критически важный к скорости код на C, обходя ограничения GIL (Global Interpreter Lock) и выполняя низкоуровневые операции. C-расширения подходят для интенсивных вычислений, прямого доступа к памяти, работы с C-библиотеками, алгоритмов сжатия и реализации часто используемых узких мест.
Как ускорить Python с помощью C-расширений: стоит ли игра свеч?
Изображение носит иллюстративный характер

Для создания C-расширений требуется настроить окружение. Вместо стандартного venv, удобно использовать Poetry для управления зависимостями и сборки пакетов. Необходимо установить python-dev или python3-dev для доступа к C API. Сборка расширений производится через скрипт , в котором указываются пути к исходным файлам C и необходимые заголовочные файлы. Соблюдение стандартов C11 (или C89/C99) и четкое оформление кода важны для избежания ошибок и совместимости.

Python/C API предоставляет макросы для облегчения работы с Python, такие как PyMODINIT_FUNC для инициализации модулей, Py_ABS, Py_MAX, Py_MIN для математических операций, а также Py_STRINGIFY и PyDoc_STRVAR для работы со строками и документацией. Обработка ошибок в C должна быть явной, с использованием API для генерации исключений Python, включая пользовательские исключения. PyObject – это базовый тип для всех объектов Python. Методы и функции реализуются через PyCFunction, принимающие указатель на объект и кортеж аргументов, а также возвращающие PyObject.

В статье рассматриваются примеры функций на C для вычисления дискриминанта и факториала, а также их Python-оберток, показывая, как PyArg_ParseTuple() разбирает аргументы Python, а Py_BuildValue() создает объекты Python из C-типов. Бенчмаркинг показал, что C-расширения могут увеличить скорость выполнения кода в 5-7 раз по сравнению с чистым Python. Хотя C-расширения повышают производительность, удобство их написания вызывает вопросы. Альтернативой могут служить Go, Nuitka, PyPy и Cython, которые обеспечивают сопоставимую производительность без погружения в низкоуровневое программирование.


Новое на сайте

19164Уязвимые обучающие приложения открывают доступ к облакам Fortune 500 для криптомайнинга 19163Почему ботнет SSHStalker успешно атакует Linux уязвимостями десятилетней давности? 19162Microsoft устранила шесть уязвимостей нулевого дня и анонсировала радикальные изменения в... 19161Эскалация цифровой угрозы: как IT-специалисты КНДР используют реальные личности для... 19160Скрытые потребности клиентов и преимущество наблюдения над опросами 19159Академическое фиаско Дороти Паркер в Лос-Анджелесе 19158Китайский шпионский фреймворк DKnife захватывает роутеры с 2019 года 19157Каким образом корейские детские хоры 1950-х годов превратили геополитику в музыку и... 19156Научная революция цвета в женской моде викторианской эпохи 19155Как новый сканер Microsoft обнаруживает «спящих агентов» в открытых моделях ИИ? 19154Как новая кампания DEADVAX использует файлы VHD для скрытой доставки трояна AsyncRAT? 19153Как новые китайские киберкампании взламывают госструктуры Юго-Восточной Азии? 19152Культ священного манго и закат эпохи хунвейбинов в маоистском Китае 19151Готовы ли вы к эре коэффициента адаптивности, когда IQ и EQ больше не гарантируют успех? 19150Иранская группировка RedKitten применяет сгенерированный нейросетями код для кибершпионажа
Ссылка