楔子
Cython 预计很多人都据说过，它是用来对 Python 进行减速的。如果你在应用 Python 编程时，有过如下想法，那么 Cython 非常适合你。
1）因为某些需要导致不得不编写一些多重嵌套的循环，而这些循环如果用 C 语言来实现会快上百倍，然而不相熟 C 或者不晓得 Python 如何与 C 进行交互；
2）因为 Python 解释器的性能起因，如果将 CPython 解释器换成 PyPy，或者罗唆换一门语言，比方 Rust，将会失去显著的性能晋升，可是换不得。因为你的项目组规定只能应用 Python 语言，解释器只能是 CPython；
3）Python 是一门动静语言，但你心愿至多在数字计算方面，可能退出可选的动态类型，这样能够极大地减速运算成果。因为单纯的数字相加不太须要所谓的动态性，尤其是当你的程序中呈现了大量的计算逻辑时；
4）对于一些计算密集型的局部，你心愿可能写出一些媲美 Numpy, Scipy, Pandas 的算法；
5）你有一些曾经用 C、C++ 实现的库，你想间接在 Python 外部更好地调用它们，并且不应用 ctypes、cffi 等模块；
6）兴许你据说过 Python 和 C 能够无缝联合，通过 C 来为 Python 编写扩大模块，将 Python 代码中性能要害的局部应用 C 进行重写，来达到晋升性能的成果。然而这须要你对 Python 解释器有很深的理解，相熟底层的 Python/C API，而这是一件十分苦楚的事件；
如果你有过下面的一些想法，那么证实你的 Python 程度是很优良的，然而这些问题总归是要解决的，于是 Cython 便闪亮退场了。留神：Cython 并不是一个什么实验性的我的项目，它呈现的工夫曾经不短了，并且在生产环境中久经考验，咱们齐全是有理由学习它的。
上面让咱们开始 Cython 的学习之旅吧，轻轻说一句，我集体十分喜爱 Cython 的语法。
Cython 是什么？
对于 Cython，咱们必须要分明两件事：
1）Cython 是一门编程语言，它将 C 和 C++ 的动态类型零碎交融在了 Python 身上。Cython 源文件的后缀是 .pyx，它是 Python 的一个超集，语法是 Python 语法和 C 语法的混血。当然咱们说它是 Python 的一个超集，因而你写纯 Python 代码也是能够的。
2）当咱们编写完 Cython 代码时，须要先将 Cython 代码翻译成高效的 C 代码，而后再将 C 代码编译成 Python 的扩大模块。
在晚期，编写 Python 扩大都是拿 C 去写，然而这对开发者有两个硬性要求：一个是相熟 C，另一个是要相熟解释器提供的 C API，这对开发者是一个十分大的挑战。此外，拿 C 编写代码，开发效率也非常低。
而 Cython 的呈现则解决了这一点，Cython 和 Python 的语法十分类似，咱们只须要编写 Cython 代码，而后再由 Cython 编译器将 Cython 代码翻译成 C 代码即可。所以从这个角度上说，拿 C 写扩大和拿 Cython 写扩大是等价的。
至于如何将 Cython 代码翻译成 C 代码，则依赖于相应的编译器，这个编译器实质上就是 Python 的一个第三方模块。它就相当于是一个翻译官，既然用 C 写扩大是一件苦楚的事件，那就拿 Cython 去写，写完了再帮你翻译成 C。
因而 Cython 的弱小之处就在于它将 Python 和 C 联合了起来，能够让你像写 Python 代码一样的同时还能够取得 C 的高效率。所以咱们看到 Cython 相当于是高级语言 Python 和低级语言 C 之间的一个交融，因而有人也称 Cython 是 “ 克里奥尔编程语言 ”（creole programming language）。
克里奥尔人是寓居在西印度群岛的欧洲人和非洲人的混血儿，以此来形容 Cython 也相似于是一个（Python 和 C 的）混血儿。
为什么要有 Cython？
Python 和 C 语言天壤之别，为什么要将它们交融在一起呢？答案是：因为这两者并不是对抗的，而是互补的。
Python 是高阶语言、动静、易于学习，并且灵便。但这些优良的个性是须要付出代价的，因为 Python 的动态性、以及它是解释型语言，导致其运行效率比动态编译型语言慢了好几个数量级。
而 C 语言是最古老的动态编译型语言之一，并且至今也被宽泛应用。从工夫来算的话，其编译器已有将近半个世纪的历史，在性能上做了足够的优化，因而 C 语言是十分低级、同时又十分弱小的。然而不同于 Python 的是，C 语言没有提供保护措施（没有 GC、容易内存泄露），以及应用起来很不不便。
所以两个语言都是支流语言，只是个性不同使得它们被利用在了不同的畛域。而
Cython 的漂亮之处就在于：它将 Python 语言丰盛的表达能力、动静机制和 C 语言的高性能汇聚在了一起，并且代码写起来依然像写 Python 一样。
留神：除了极少数的例外，Python 代码（2.x 和 3.x 版本）曾经是无效的 Cython 代码，因为 Cython 能够看成是 Python 的超集。并且 Cython 在 Python 语言的根底上增加了一些大量的关键字来更好地开发 C 的类型零碎，从而容许 Cython 编译器生成高效的 C 代码。如果你曾经晓得 Python 并且对 C 或 C++ 有肯定的根底理解，那么你能够间接学习 Cython，无需再学习其它的接口语言。
另外，咱们其实能够将 Cython 当成两个身份来对待：
1）如果将 Cython 翻译成 C，那么能够看成 Cython 的 ‘ 阴 ’；
2）如果将 Python 作为胶水连贯 C 或者 C++，那么能够看成是 Cython 的 ‘ 阳 ’。
咱们能够从须要高性能的 Python 代码开始，也能够从须要一个优化 Python 接口的 C、C++ 开始，而咱们这里是为了学习 Cython，因而显然是抉择前者。为了减速 Python 代码，Cython 将应用可选的动态类型申明并通过算法来实现大量的性能晋升，尤其是动态类型零碎，这是实现高性能的要害。
Cython 和 CPython 的区别？
对于 Cython，最让人困惑的就是它和 CPython 之间的关系，然而须要强调的是这两者是齐全不同的。
首先 Python 是一门语言，它有本人的语法规定，咱们依照 Python 语言规定的语法规定编写的代码就是 Python 源代码。然而源代码只是一个或多个一般的文本文件，咱们须要应用 Python 语言对应的解释器来执行它。
而 Python 解释器也会依照同样的语法规定来对咱们编写的 Python 源代码进行分词、语法解析等等，如果咱们编写的代码不合乎 Python 的语法规定，那么会报出语法错误，也就是 SyntaxError。如果合乎语法标准的话，那么会顺利地生成形象语法树（Abstract Syntax Tree，简称 AST），而后将 AST 编译成指令汇合，也就是所谓的字节码（bytes code），最初再执行字节码。
所以 Python 源代码是须要 Python 解释器来操作的，如果咱们想做一些事件的话，光写成源代码是不行的，必须要由 Python 解释器将咱们的代码解释成机器能够辨认的指令进行执行才能够。而 CPython 正是 Python 语言对应的解释器，并且它也是官网实现的规范解释器，同时还是应用最宽泛的一种解释器。基本上咱们应用的解释器都是 CPython，也就是从官网下载、而后装置之后所失去的。
规范解释器 CPython 是由 C 语言实现的，除了 CPython 之外还有 Jython（java 实现的 Python 解释器）、PyPy（Python 语言实现的 Python 解释器）等等。总之设计出一门语言，还要有相应的解释器才能够；至于编译型语言，则是对应的编译器。
最初重点来了，咱们说 CPython 解释器是由 C 实现的，它给 Python 语言提供了 C 级别的接口，也就是熟知的 Python/C API。比方：Python 的列表，底层对应的是 PyListObject；字典则对应 PyDictObject，等等等等。
所以当咱们在 Python 中创立一个列表，那么 CPython 在执行的时候，就会在底层创立一个 PyListObject。因为 CPython 是用 C 来实现的，最终必定是将 Python 代码翻译成 C 级别的代码，而后再变成机器码交给 CPU 执行。
而 Cython 也是如此，Cython 代码也要被翻译成 C 代码，而后 C 代码再变成扩大（实质上也是机器码），导入之后间接执行，而无需动静解释。因而 Cython 是一门语言，它并不是 Python 解释器的另一种实现，它的位置和 CPython 不是等价的，不过和 Python 是平级的。
总结：Cython 是一门语言，能够通过 Cython 源代码生成高效的 C 代码，再将 C 代码编译成扩大模块，同样须要 CPython 来进行调用。
以上咱们就解释了什么是 Cython，以及为什么须要 Cython。下一篇文章咱们来比拟一下，Cython, Python, C 扩大, 还有原生的 C 语言之间的效率差别。
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