#!/usr/bin/env python
# coding: utf-8

# # Cython：Cython 基础，将源代码转换成扩展模块

# ## Cython 基础

# 之前使用了手动的方法对 `C` 程序进行编译，而 `Cython` 则简化了这个过程。
# 
# 考虑之前的斐波拉契数列，`Python` 版本：
# 
# ```python
# def fib(n):
#     a,b = 1,1
#     for i in range(n):
#         a,b = a+b, a
#     return a
# ```
# 
# `C` 版本：
# 
# ```cpp
# int fib(int n) {
#     int tmp, i, a, b;
#     a = b = 1;
#     for (i=0; i<n; i++) {
#         tmp = a; a += b; b = tmp;
#     }
#     return a;
# }
# ```
# 
# `Cython` 版本：
# 
# ```cython
# def fib(int n):
#     cdef int i, a, b
#     a,b = 1,1
#     for i in range(n):
#         a,b = a+b, a
#     return a
# ```
# 
# 这里 `cdef` 定义了 `C` 变量的类型。 
# 
# **Cython** 的好处在于，我们使用了 **Python** 的语法，又有 **C/C++** 的效率，同时省去了之前直接编译成扩展模块的麻烦，并且提供了原生的 **Numpy** 支持。
# 
# 官方网址：http://www.cython.org
# 
# 其主要用法有两点：
# 
# - 将 Python 程序转化为 C 程序
# - 包装 C/C++ 程序

# ## 将源代码转换成扩展模块

# ### ipython 中使用 Cython 命令

# 导入 `Cython` `magic` 命令：

# In[1]:


get_ipython().run_line_magic('load_ext', 'Cython')


# 使用 `magic` 命令执行 `Cython`：

# In[2]:


get_ipython().run_cell_magic('cython', '', 'def cyfib(int n):\n    cdef int i, a, b\n    a,b = 1,1\n    for i in range(n):\n        a,b = a+b, a\n    return a\n')


# In[3]:


cyfib(10)


# ### 使用 distutils 编译 Cython

# `Cython` 代码以 `.pyx` 结尾，先通过 cython 转化为 `.c` 文件，再用 `gcc` 转化为 `.so(.pyd)` 文件。

# In[4]:


get_ipython().run_cell_magic('file', 'fib.pyx', 'def cyfib(int n):\n    cdef int i, a, b\n    a,b = 1,1\n    for i in range(n):\n        a,b = a+b, a\n    return a\n')


# In[5]:


get_ipython().run_cell_magic('file', 'setup.py', 'from distutils.core import setup\nfrom distutils.extension import Extension\nfrom Cython.Distutils import build_ext\n\next = Extension("fib", sources=["fib.pyx"])\n\nsetup(ext_modules=[ext], cmdclass={\'build_ext\': build_ext})\n')


# 编译成功：

# In[6]:


get_ipython().system('python setup.py build_ext --inplace')


# 使用模块：

# In[7]:


import fib

fib.cyfib(10)


# In[8]:


import zipfile

f = zipfile.ZipFile('07-03-fib.zip','w',zipfile.ZIP_DEFLATED)

names = 'fib.pyd fib.pyx fib.c setup.py'.split()
for name in names:
    f.write(name)

f.close()


# ## 使用 pyximport

# 清理之前生成的文件：

# In[9]:


get_ipython().system('rm -f fib.pyd')
get_ipython().system('rm -f fib.pyc')
get_ipython().system('rm -f fib.C')


# 清理之前导入的模块：

# In[10]:


get_ipython().run_line_magic('reset', '-f')


# 使用 `pyximport`：

# In[11]:


import pyximport
pyximport.install()

import fib

fib.cyfib(10)


# `install` 函数会自动检测 Cython 程序的变化，并自动导入，不过一般用于简单文件的编译。

# 清理生成的文件：

# In[12]:


get_ipython().system('rm -f setup*.*')
get_ipython().system('rm -f fib.*')
get_ipython().system('rm -rf build')